Cele mai neobișnuite motoare cu ardere internă. Motoarele sunt originale și uimitoare: motoarele cu combustie Fancy

Introducere
„Principalul, poate, sau una dintre bazele principale ale întregii noastre economii”1 a fost numit transport de V. I. Lenin. Dezvoltarea transportului și problemele de îmbunătățire a activității transportului rutier, în special, primesc o mare atenție în toate deciziile partidului și guvernului țării noastre. În al zecelea plan cincinal, flota de vehicule va fi completată cu noi vehicule grele. În 1980 vor fi produse 2,1 - 2,2 milioane de vehicule, inclusiv 800 - 825 mii de camioane. Producția de autobuze, vehicule grele, remorci și semiremorci pentru acestea va crește. În plus, se acordă o atenție deosebită îmbunătățirii caracteristicilor tehnice și economice ale vehiculelor - productivitatea acestora, eficiența în exploatare, reducerea consumului de materiale, fiabilitate.
Inima fiecărei unități de transport este motorul și toate aceste cerințe se aplică și acestuia. Îmbunătățirea eficienței consumului de combustibil și a fiabilității motoarelor, reducerea greutății acestora, crearea de designuri simple și tehnologice, reducerea toxicității de evacuare și a zgomotului motorului sunt principalele sarcini cu care se confruntă construcția modernă a motoarelor.
Inventatorii, raționalizatorii și inovatorii în producție sovietici aduc o mare contribuție la îndeplinirea sarcinilor cu care se confruntă economia națională, la dezvoltarea de noi soluții eficiente. Munca lor a fost foarte apreciată la XXV-a Congres al PCUS.
Secretarul general al Comitetului Central al PCUS, tovarășul L. I. Brejnev, în raportul său la Congresul XXV al Partidului „Din-
1 V. I. Lenin. Poli. col. cit., vol. 44, p. 302.
Raportul Comitetului Central al PCUS și sarcinile imediate ale partidului în domeniul politicii interne și externe” sublinia:
„...Am realizat o creștere notabilă a potențialului științific și tehnic. Domeniul cercetării științifice a devenit și mai larg. Creativitatea a sute de mii de inventatori și inovatori câștigă din ce în ce mai mult amploare.
Această broșură este dedicată posibilelor tipuri de motoare neobișnuite ale viitorului apropiat și în principal muncii inventatorilor noștri autohtoni.

Dacă vă uitați prin reviste populare și găsiți acolo articole despre motoare, atunci cititorul neexperimentat va avea cu siguranță impresia că zilele motoarelor convenționale cu ardere internă (ICE) sunt numărate - atât de multe s-au scris și s-a vorbit recent despre vehicule electrice, turbo. locomotive și chiar mașini cu abur. Această impresie este eronată. Numeroase prognoze prevăd că în 2000 vor fi produse 60 - 75 de milioane de mașini (Fig. 1, curba 5), ​​iar numărul de mașini va ajunge la 500 - 750 de milioane de unități. Aproape 95% din traficul de pasageri și aproape 90% din traficul de marfă se va desfășura rutier. Și cea mai mare parte dintre ele va cădea pe umerii motorului cu piston fără vârstă.
Nu există nicio îndoială că ICE va suferi modificări semnificative. Echipe enorme de oameni de știință și ingineri caută cele mai eficiente soluții atât pentru motoarele convenționale, cât și pentru motoarele de noi tipuri care nu au devenit încă răspândite.
În fig. 1. Autorul crede că soarta modestă a celebrilor „wankels” (curba 1) va fi neașteptată pentru mulți. În viitorul previzibil, acestea nu vor înlocui mai mult de 5% din motoarele convenționale cu ardere internă, iar producția lor până în 1985 nu va depăși 2 milioane de unități. in an. Chiar și acum putem spune cu siguranță că motocicletele, bărcile, săniile cu motor și snowmobilele vor deveni principalul domeniu de aplicare al acestor motoare. Până în 1985, 50% din flota de astfel de mașini va fi echipată cu motoare ranque-la. Cu toate acestea, mult mai puțin mediatizat
„stirling” cuplat cu o turbină cu gaz demonstrează rate de creștere fără precedent (curba 3). Producția lor în masă va începe încă din 1981 și până în 1985 va reprezenta până la 10% din producția totală a motoarelor de automobile. Domeniul principal de aplicare a acestora la început vor fi camioanele grele. Pe măsură ce sunt dezvoltate modele compacte de motoare Stirling și motoare cu turbină cu gaz (GTE), ponderea acestora în soldul general va crește constant.
Curba 4, care caracterizează producția de motoare convenționale îmbunătățite cu ardere internă, are cea mai intensă decolare. Deja până în 1980, marea majoritate a motoarelor cu ardere internă vor avea aprindere pre-camera cu o distribuție stratificată a sarcinii a amestecului, injecție directă de combustibil sau alte îmbunătățiri în procesul de lucru, care vizează în primul rând reducerea toxicității de evacuare. În ceea ce privește curba 2, aceasta ilustrează posibila dinamică a producției de vehicule electrice. Deja, flota de vehicule electrice are zeci de mii de piese. Într-un număr de țări, programele de dezvoltare a vehiculelor electrice sunt subvenționate de guverne. Au fost create acumulatoare și pile de combustibil cu intensitate energetică crescută (peste 200 Wh la 1 kg de greutate). Și, în același timp, costul ridicat, și cel mai important
Orez. 1. Prognoza producției de motoare auto:
1 - Motoare Wankel; 2 motoare pentru vehicule electrice; 3 - Turbine cu gaz pentru motoare Stirling; 4 - motoare cu ardere internă îmbunătățite din schema obișnuită; 5 - dinamica producției de mașini, un kilometraj semnificativ mai mic al vehiculelor electrice de la o singură încărcare (alimentare) va restrânge distribuția sa pe scară largă pentru o lungă perioadă de timp. În 1990, ponderea vehiculelor electrice va fi aproape de 10%, iar în 2000 va fi de 20-35%.
Declinul erei motoarelor cu piston nu este în niciun caz confirmat de datele de prognoză. Acesta este mai degrabă un fel de reclamă pentru vehicule electrice, „wankels”, motoare cu turbină cu gaz.
Toate atacurile asupra mașinii existente sunt cauzate în primul rând de toxicitatea de evacuare. Transportul rutier reprezintă 35% din poluarea aerului. Numărul este impresionant. Prin urmare, toate țările foarte dezvoltate au emis și aprobat în ultimii ani standarde pentru toxicitatea gazelor de eșapament auto. Companiile de automobile au ridicat tam-tam, considerând cerințele standardelor „imposibile”, „nerezonabile”, „super dure”. Cu toate acestea, toate mașinile din 1975 îndeplinesc aceste cerințe. Chiar și o reducere slabă a toxicității în comparație cu cerințele standardelor este folosită ca momeală publicitară strălucitoare.
Exagerarea ziarelor și plângerile cu privire la standardele rigide au fost folosite de companii pentru a crește prețurile mașinilor cu o medie de 20 până la 25%, deși majoritatea schimbărilor se reduc la dezvoltarea de carburatoare îmbunătățite, utilizarea sistemelor de injecție directă a combustibilului și post-ardere sau catalizatori. instalat în amortizoare.
Sunt încă în curs de dezvoltare sisteme fundamental noi, a căror esență este, de exemplu, conversia benzinei într-o stare de vapori folosind un schimbător de căldură sau divizarea preliminară a benzinei și transformarea acesteia într-un gaz combustibil. Dar nici măcar aceste sisteme nu sunt capabile să rezolve radical problema unei mașini promițătoare, care este indisolubil legată de alegerea tipului de combustibil pentru motor.
În ultimii ani, s-a intensificat semnificativ activitatea la vehiculele cu baloane cu gaz folosind amestecuri de gaze de hidrocarburi lichefiate, de regulă, propan lichid și butan, drept combustibil, ceea ce face posibilă reducerea toxicității. Distribuția largă a vehiculelor cu baloane cu gaz este împiedicată de numărul încă limitat de stații de alimentare cu gaz.
țiuni, precum și o scădere a puterii motorului prin. 10 - 20%.
Gaze naturale lichefiate mai promițătoare - metan. Utilizarea gazului natural lichefiat permite nu numai reducerea drastică a toxicității gazelor de eșapament (datorită compoziției omogene a combustibilului și simplității structurii chimice), dar și creșterea semnificativă a duratei de viață a motorului sau a puterii motorului. Cu toate acestea, temperatura scăzută a gazului natural lichefiat (-160 ° C) necesită fabricarea unui rezervor de combustibil conform principiului termosului, ceea ce nu este dificil în stadiul actual al tehnologiei criogenice.
În Statele Unite s-au desfășurat lucrări ample privind transferul parcului de vehicule către gaze naturale lichefiate. Mașini experimentale au fost produse și de companii europene, precum Steyer-Puch (Austria), Mercedes-Benz (Germania), Saviem (Franța). Flota acestor vehicule numără deja zeci de mii.
În țara noastră, pentru îmbunătățirea atmosferei marilor orașe, a fost adoptată o rezoluție de trecere a unui număr important de camioane pe gaze hidrocarburi lichefiate și se lucrează la utilizarea gazului natural lichefiat drept combustibil. În 1975, pe străzile Moscovei au apărut deja primele mașini care funcționau cu gaz lichefiat. Acestea sunt umplute la benzinării speciale.
Având în vedere perspectivele vehiculelor care rulează cu gaze lichefiate, nu se poate să nu menționăm hidrogenul lichid. Până acum, a fost folosit cu succes doar în rachete. Cu toate acestea, acesta este, fără îndoială, combustibilul viitorului pentru mașini, atât din cauza aprovizionării nelimitate de hidrogen, cât și datorită celei mai mari purități a produselor de ardere (teoretic, produsele de ardere a hidrogenului constau din vapori de apă).
Prima experiență de succes de utilizare a hidrogenului ca combustibil pentru motoarele diesel cu injecție directă a fost realizată la Universitatea din Oklahoma (SUA) în 1968 - 1970, unde trei motoare experimentale au lucrat pe stand timp de doi ani, iar caracteristicile lor de putere au rămas practic. neschimbat. Singurul dezavantaj al hidrogenului este necesitatea de a-l stoca în stare lichidă la o temperatură extrem de scăzută - 250 ° C. Prin urmare, și, de asemenea, pentru că
Datorită faptului că hidrogenul este considerat exploziv (apropo, în mod nerezonabil), introducerea acestui tip de combustibil poate fi așteptată nu mai devreme de utilizarea pe scară largă a mașinilor pe metan lichefiat, adică undeva în afara anului 1990.
Adevărat, este posibil ca metoda recent găsită de stocare a hidrogenului în compozițiile de pulbere ale unor metale (de exemplu, în hidruri de lantan-nichel) să apropie oarecum această perioadă. Esența metodei constă în capacitatea enormă de absorbție a hidrurilor în raport cu hidrogenul. Într-o unitate de volum de pulbere la presiunea aproape atmosferică, hidrogenul este stocat aproape la fel de mult ca într-un cilindru cu o presiune de 1000 kg/cm2!
Un principiu interesant a fost folosit de specialiștii de la Institutul de Probleme de Inginerie Mecanică al Academiei de Științe a RSS Ucrainei în colaborare cu colegii din Moscova, Leningrad și o serie de republici sindicale. Pe baza lui Moskvich, au creat un model experimental al unei mașini în care benzina a fost înlocuită în motor. hidrogen. Cu mașina, în loc de un rezervor de benzină - un reactor în miniatură. Pulberea metalică din ea este combinată cu apă. Are loc o reacție chimică, care are ca rezultat eliberarea de hidrogen. Amestecat cu aer, este introdus în cilindrul motorului. Sistemul de combustibil este rezistent la explozie.
Perspectivele gazelor lichefiate și hidrogenului sunt evidențiate de faptul că în prezent costul gazului natural lichefiat nu depășește costul benzinei, iar costul hidrogenului lichid este aproape de acesta. Gazul lichefiat și hidrogenul lichid pot fi folosite ca combustibil pentru toate tipurile de motoare. Se poate presupune că calitățile pozitive ale acestor combustibili vor asigura utilizarea lor treptată pe toate modelele de motoare noi și îmbunătățite.
Dar cel mai „curat” combustibil este, desigur, electricitatea. Prin urmare, aproape fără excepție, articolele despre vehiculele electrice încep cu teza că problema poluării mediului poate fi rezolvată prin dezvoltarea lor. Cu toate acestea, din 1900, intensitatea energetică specifică a bateriilor a crescut doar de la 15 la 40 - 50 Wh/kg, iar pentru a asigura competitivitatea unei mașini electrice, conform experților, o intensitate energetică de cel puțin 220 Wh/ este necesar kg, adică de 4 - 5 ori mai mare decât tipurile existente.
Bateriile cu litiu, zinc-aer și sodiu-sulf și pile de combustibil cu un consum specific de energie de până la 200 Wh/kg, adică încă mai puțin decât este necesar, se așteaptă să se răspândească numai în următorii 10 ani. Prin urmare, începerea unei producții largi de vehicule electrice poate fi așteptată nu mai devreme de 1985, și apoi numai în ipoteza unui progres accelerat în tehnologia bateriilor. În viitorul apropiat, dezvoltarea acestui tip de transport va fi constrânsă de consumul redus de energie, greutatea semnificativă, durata de viață limitată a bateriei și o serie de alte motive.
Lucrările pentru creșterea duratei de viață a bateriei până la 400 - 500 de cicluri de reîncărcare, ceea ce echivalează cu doar 2 - 3 ani de funcționare, sunt încă în desfășurare, iar în acest sens, perspectivele sunt mult mai puțin roz decât în ​​direcția creșterii intensității energetice. Costul crescut al vehiculelor electrice este, de asemenea, important, care este determinat nu numai de prețul ridicat al surselor de energie *, ci și de utilizarea pe scară largă a metalelor ușoare și materialelor plastice relativ scumpe în proiectare. Acesta din urmă este necesar cel puțin pentru a aduce greutatea totală a unei mașini electrice mai aproape de greutatea unei mașini cu motor cu ardere internă din aceeași clasă.
Schemele deja testate ale centralelor combinate, în care, alături de motoare electrice, sunt utilizate motoare cu ardere internă, nu schimbă situația. De obicei, în astfel de scheme, motorul cu ardere internă funcționează într-un singur mod (pentru a reduce toxicitatea de evacuare) doar pentru a reîncărca bateriile. Dar, în același timp, pierderile de energie ajung la 40%. Astfel, schema nu are perspective speciale.
Schema unei centrale electrice combinate implementată de Bosch (Germania), unde motorul cu ardere internă cu ajutorul unui ambreiaj special poate fi conectat la acționarea electrică a roților la momentul potrivit, a redus cantitatea de pierdere de energie la 10% . Cu toate acestea, greutatea unei astfel de instalații, concepută pentru o mașină de pasageri, a crescut cu 400 kg, iar costul - cu 30% în comparație cu o unitate de la un motor convențional cu ardere internă. „Studiul lui Bosch în domeniul protecției mediului”, au numit concurenții companiei acest design.
1 În URSS, costul unei baterii pentru un autoturism este de aproximativ 10% din costul unui motor/
Așadar, în ciuda abundenței de vehicule electrice experimentale și chiar în serie, acestea nu pot fi considerate ca un concurent serios al mașinilor cu motor cu piston.
Același lucru se poate spune până acum despre giromobilele exotice, în care acumulatorul de energie este un giroscop (volant). Lucrări de cercetare și dezvoltare efectuate inclusiv. iar în țara noastră, permiteți-ne să considerăm acest tip de transport ca un concurent în primul rând vehiculelor electrice. Într-adevăr, fiind proporționale cu acestea din urmă în ceea ce privește greutatea și kilometrajul, giromobilele pot suplini lipsa de energie de la aproape orice priză electrică, ceea ce este avantajul lor incontestabil.
Trebuie remarcat faptul că toate lucrările la vehiculele electrice și giroscopice suferă de un fel de unilateralitate. Reclamând „sterilitatea” acestui tip de transport, autorii nu țin cont de necesitatea unui studiu științific cuprinzător al problemei utilizării lor. Într-adevăr, în esență, vehiculele electrice transportă sursa de poluare doar în afara orașelor, mutând-o pe umerii industriei energiei electrice. S-a calculat că, dacă 14 milioane de motoare cu ardere internă de automobile (nivelul din 1974 în RFA) sunt înlocuite cu motoare electrice, ale căror baterii sunt încărcate zilnic între orele 22:00 și 6:00, atunci consumul de energie electrică va fi de aproximativ 100.000 MW. . De exemplu, 500 (!) centrale nucleare termice cu o capacitate de 200 MW (!) fiecare vor putea asigura un astfel de consum de energie. O disipare a căldurii a unui astfel de sistem de alimentare este colosală. Luând în considerare acest aspect, precum și echilibrul prospectiv al energiei electrice pentru fiecare țară în parte (Statele Unite se confruntă deja cu o lipsă de energie electrică), cel mai probabil va duce la faptul că, după anul 2000, electrice și giromobile nu vor în niciun caz să fie mijlocul de transport predominant.
Un factor important, care pare paradoxal, este eficiența scăzută a utilizării energiei în sistemul „centrală - mașină electrică”. Eficiența sa nu depășește 15%. Funcționarea sistemului la scară planetară echivalează cu risipa de energie. Omenirea își poate permite un astfel de lux numai din cauza circumstanțelor extreme, pentru a păstra viabilitatea orașelor mari, a căror atmosferă este din ce în ce mai otrăvită de gazele de eșapament.
zaai ICE. Și numai pe măsură ce resursele minerale ale planetei sunt cheltuite, metodele de generare a energiei electrice și vehiculele electrice în sine se îmbunătățesc, numărul acestora poate crește dramatic. Poate, deoarece puțini îndrăznesc încă să privească dincolo de granița celui de-al doilea mileniu. Și este posibil ca până atunci să se nască un tip de transport individual fără precedent.
În țara noastră, cel mai mare consumator de vehicule electrice în viitorul apropiat va fi sectorul serviciilor. Lucrările în această direcție sunt efectuate de oameni de știință și ingineri din Moscova, Harkov, Kaliningrad, Erevan și Zaporojie. O mașină electrică pentru pasageri pentru uz individual se va repezi pe drumuri nu mai devreme de 1990.
În ultimii ani, se putea auzi părerea că acum este inutil să se dezvolte noi tipuri de motoare: vine epoca turbinelor și a motoarelor electrice. Această teză este complet infirmată de datele din Fig. 1 ținând cont chiar de imperfecțiunea prognozelor: până în anul 2000, cel puțin jumătate din noile motoare (!) produse vor rămâne fidele schemelor inventate în secolul trecut: Otto, Diesel, Stirling. Cu toate acestea, nivelul actual de dezvoltare al societății necesită îmbunătățiri semnificative atât în ​​proiectarea acestor motoare, cât și în procesele de lucru pe care le implementează pentru a crește eficiența și economia, a reduce greutatea și a reduce efectele nocive asupra mediului. Perspectivele anumitor lucrări de căutare și dezvoltare, realizate atât la scară națională, cât și de către pasionați individuali, pot fi reprezentate în următoarea succesiune:
1. Îmbunătățiri la motoarele convenționale cu ardere internă.
2. Dezvoltarea motoarelor cu ardere externă și a turbinelor cu gaz.
3. Îmbunătățirea propulsiei electrice pentru vehicule.
4. Crearea motoarelor cu piston rotativ.
Desigur, această distribuție este foarte condiționată. Cu toate acestea, în această broșură, care este dedicată în principal motoarelor cu piston alternativ și rotativ, autorul preferă să urmeze această secvență. Și pentru a arăta cât de istoric
nevoia de a face modificări în designul lor, precum și continuitatea multor soluții, invită cititorul să se familiarizeze mai întâi pe scurt cu istoria motorului.
Un pic de istorie
În urmă cu trei secole, în 1680, mecanicul olandez Christian Huygens a inventat „motorul cu pulbere”. Conform ideii, sub piston, plasat într-un cilindru vertical, era necesar să se pună o încărcătură de praf de pușcă și să i se incendieze printr-o mică gaură din peretele cilindrului. Produsele arderii ar împinge pistonul până la o gaură mare care comunică camera de ardere cu atmosfera. Coborând, pistonul a trebuit să tragă sarcina suspendată pe blocuri. Pentru epoca lui Huygens, acesta a fost un „colos” super neobișnuit (termenii „motor” sau „mașină” nu apăruseră încă), deoarece atunci singurul motor puternic era o roată de apă.
X. Huygens însuși la acea vreme a devenit interesat de șlefuirea lentilelor pentru gigant și, conform conceptelor actuale, telescoape cu o distanță focală de până la 60 m. Prin urmare, a încredințat elevului său, francezul, construirea unui „colos” nesigur. fizicianul Denis Papin, care a întruchipat ideea în metal. Numele lui deschide istoria motoarelor termice. Afirmația comună că motorul cu abur a fost primul care a apărut nu este adevărată. „Colosul de pulbere” al lui D. Papin este un prototip al unui motor modern cu ardere internă, deoarece arderea în interiorul cilindrului este caracteristica sa integrală.
După ce s-a jucat cu „colosul” de câțiva ani, Papen și-a dat seama că praful de pușcă nu era cel mai bun combustibil. Soarta i-a trimis la acea vreme noi profesori remarcabili. În Anglia, l-a cunoscut pe Robert Boyle, care a studiat starea gazelor, iar mai târziu, în Germania, cu matematicianul Gottfried Leibniz. Este posibil ca munca lor să-l fi ajutat pe D. Papen să creeze un „motor cu vapori atmosferici”, în care pistonul a ridicat „vaporii de apă obținuți prin foc”. Când sursa de căldură (focul) a fost îndepărtată, aburul „s-a condensat înapoi în apă”, iar pistonul, sub influența greutății și a presiunii atmosferice1 (!) a coborât.
1 Când aburul se condensează sub piston, se formează un vid.
Și deși aici se folosește deja aburul, noua mașină a lui Papen nu poate fi numită mașină cu abur: fluidul de lucru din el nu părăsește cilindrul și doar sursa de căldură este situată în exterior. Prin urmare, putem spune că după motorul cu ardere internă, Papin a inventat motorul cu ardere externă. Primul motor cu ardere externă din lume făcea doar o cursă pe minut, care nici măcar nu îndeplinea cerințele nepretențioase ale acelor vremuri. Și Papin, după ce a separat cazanul de cilindru, a inventat motorul cu abur!
Prima mașină de abur-atmosferă din lume a căzut în „ucenicul” la roata de apă. În cartea lui D. Papin „The New Art of Efficiently Lifting Water to a Height with Fire” se spune că ea a pompat apă astfel încât aceasta... a rotit roata de apă.
secolul al XVIII-lea. El nu a adus o nouă istorie a motorului cu ardere internă. Dar, pe de altă parte, Thomas Newcomen în Anglia (în 1711), Ivan Polzunov (în 1763) și englezul James Watt (în 1784) au dezvoltat ideile lui D. Papfsch. A început viața independentă a mașinii cu abur, marșul său victorios. Susținătorii arderii interne au reînviat și ei. Nu este tentant să combini atât focarul, cât și boilerul unui motor cu abur cu cilindrul acestuia? Odată Papin a făcut contrariul, iar acum...
În 1801, francezul F. Lebon a sugerat că gazul de iluminat este un combustibil bun pentru motoarele cu ardere internă. Au fost nevoie de 60 de ani pentru a aduce ideea la viață. Conaționalul său, Jacques Etienne Lenoir, belgian de naționalitate, a lansat în 1861 primul motor cu ardere internă din lume. Potrivit aparatului, era un motor cu abur cu dublă acțiune fără boiler, adaptat pentru a arde în el4 un amestec de aer și gaz de iluminat furnizat la presiunea atmosferică.
Nu se poate spune că Lenoir a fost primul. De 60 de ani, oficiile de brevete au primit numeroase cereri pentru „privilegii” pentru a construi motoare termice neobișnuite. De exemplu, în 1815, a fost pus în funcțiune „motorul termic cu aer” al lui Robert Stirling, care în 1862 a fost transformat într-un frigider. Au existat și alte încercări de a construi un motor cu ardere internă.
Dar doar motorul Lenoir s-a răspândit, în ciuda faptului că era voluminos, capricios, a absorbit mult lubrifiant și apă, pentru care a primit chiar și porecla nemăgulitoare „o bucată de grăsime rotativă”. Dar Jacques Lenoir și-a frecat mâinile - cererea pentru „bucăți de grăsime” a crescut. Cu toate acestea, nu a triumfat mult timp. La Expoziția Mondială din 1867 de la Paris, contrar așteptărilor, primul premiu a fost acordat unui „motor cu gaz atmosferic” adus din Germania de Nikolaus Otto și Eigen Langen. A uimit vizitatorii cu o fisură incredibilă, dar a consumat mult mai puțin combustibil decât motorul Lenoir și a avut o eficiență cu 10% mai mare. Secretul succesului său este precomprimarea amestecului de lucru, ceea ce nu a fost cazul la motoarele lui Lenoir.
Încă din 1824, inginerul francez Nicolas Leonard Sadi Carnot a publicat o carte Reflecții despre forța motrice a focului și despre mașinile capabile să dezvolte această forță. Un foc de artificii de idei: principiile transferului de căldură, criteriile de comparare a tuturor ciclurilor termice, elementele fundamentale ale termodinamicii motoarelor și, printre ele, precomprimarea - a fost împrăștiată în paginile acestei cărți mici. Zece ani mai târziu, aceste idei au fost dezvoltate de B. Clapeyron, iar puțin mai târziu - de W. Thomson. Acum aceste nume sunt familiare tuturor. Dar nici Lenoir, nici Otto, nici Langen nu știau nimic despre munca lor. Ei au preferat teoria experimentului. Ei nu știau că în 1862 francezul A. Beau de Rocha patentase deja ciclul în patru timpi. Și al doilea ciclu la rând este tocmai comprimarea preliminară a amestecului de lucru.
Un motor în patru timpi, practic nu diferit de motoarele moderne cu ardere internă, Otto și Lange au adus doar la Expoziția Mondială din 1873. Înainte de aceasta, inventatorii nu numai că au folosit experiența producției de motoare cu abur, ci au folosit același mecanism de distribuție a gazului ca și ale lor – o bobină. Noul motor avea supape în loc de bobină.
Poziția inexpugnabilă a motorului cu abur a fost zguduită. DVS a intrat în ofensivă. După ce a lucrat o perioadă scurtă de timp la aprinderea gazului, s-a apucat de lucru la unul mai bogat în calorii - gazul generator. Și apoi, și la început părea incredibil, a ajuns la combustibilul lichid „neobișnuit”.
Motorul cu abur nu a cedat imediat. În 1880, M. D. Mozhaisky a comandat două motoare cu abur pentru aeronava sa. Despre greutatea „specifică”, egală cu 5 kg/l. cu., proiectanții motorului cu ardere internă de la acea vreme doar visau, iar M. Mozhaisky a reușit acest lucru fără prea multe dificultăți. Dar deja opt ani mai târziu, Parteneriatul pentru Construcția Navei Rossiya era pe cale să instaleze pe dirijabilul său unul dintre primele motoare pe benzină din lume, construit de Ogneslav Kostovich. A obținut o ușurință extraordinară de construcție: 1 litru. Cu. puterea motorului său a reprezentat doar 3 kg de greutate. Dispunerea motorului a fost de asemenea originală. Perechi de pistoane opuse au rotit arborele cotit situat deasupra cilindrilor prin culbutorii situate pe laterale (Fig. 2). Motorul a fost păstrat și vă puteți familiariza cu el la Casa Aviației din Moscova. M.V. Frunze.
La începutul secolului XX. ultima piatră a fost pusă în construcția clădirii ICE. În 1893, inginerul german Rudolf Diesel a venit cu ideea ambițioasă a unui „motor termic rațional conceput pentru a înlocui motorul cu abur și alte motoare existente în prezent”. Primul eșantion al motorului său a fost lansat în 1897. O mulțime de neajunsuri au fost complet compensate de o eficiență fără precedent de 26%. Pentru prima probă, acest lucru este mai mult decât suficient. Interesant este că îmbunătățirea motoarelor diesel, rafinarea lor a fost efectuată de inginerii ruși la uzina Nobel din Sankt Petersburg în 1899 - 1902. Abia după aceea, motorul diesel a devenit un concurent demn al motorului cu ardere internă cu carburator.
Distribuția în masă a motoarelor cu ardere internă a schimbat dramatic viața umană. vuietul motoarelor a început să se audă din toate părțile. I-a făcut pe pietoni să se ghemuiască de frică lângă pereții caselor, să-și ridice capul cu curiozitate, să se uite ore în șir la manipulările diferitelor mașini.
O excursie în istoria motorului s-ar fi putut încheia acolo. Urmează dezvoltarea ulterioară.În industria auto, de atunci și până în zilele noastre, se folosesc cu precădere motoarele cu cilindri dispuși pe unul sau două rânduri, așezate la rândul lor în unghi (schemă în formă de V) sau una față de alta (schemă opusă). Motoarele construite după scheme neobișnuite își datorează cel mai adesea nașterea aviației. -Începând cu un motor cu un singur cilindru răcit cu aer pe aeronava Wright Brothers, producătorii de avioane au trecut rapid la modele radiale și în linie cu mai mulți cilindri.
Cele în formă de stea erau bune pentru toată lumea, dar la viteza primei aeronave de 40 - 60 km / h, încă nu asigurau răcirea necesară a cilindrilor. Inventatorii au ocolit acest obstacol făcând blocul cilindrilor să se rotească în jurul unui arbore fix, dând în același timp lumii termenul de „motor rotativ” (Fig. 3).
Un obstacol în calea utilizării pe scară largă a motoarelor de acest tip a fost o creștere bruscă a sarcinilor pe motoarele principale cauzate de forțele centrifuge.
Compatriotul nostru A. G. Ufimtsev a încercat să reducă influența forțelor centrifuge prin construirea unui motor birotațional. Arborele și blocul cilindrilor au început să se rotească în direcții diferite la jumătate din viteză. Dar în curând o astfel de decizie a devenit inutilă - viteza aeronavei a depășit cifra 100. Cilindrii care ieșeau în lateral au fost perfect suflați de fluxul de aer de la elice, dar ... (acest „dar” rătăcește întotdeauna dintr-un singur design la altul și este puțin probabil să se calmeze vreodată) a creat o rezistență aerodinamică semnificativă.
Greutate 80 kg. Săgețile arată direcția curgerii amestecului combustibil
Orez. 4. Schema unui motor de avion în doi timpi de A. A. Mikulin și B. S. Stechkin (1916). Putere 300 l. Cu. 1 - injectie directa de combustibil usor oferit pentru prima data in lume!
Pentru a presa cilindrii pe arbore! Fă-le mai mici! Acest lucru a fost prevenit în primul rând de biela. Lungimea sa este legată de cursa și diametrul pistonului printr-un raport rigid. Ieșirea a fost găsită curând. Cilindrii erau așezați paralel cu arborele, iar tijele lor (nu bielele!) erau conectate la o șaibă care era așezată oblic pe arbore. Rezultatul a fost un bloc compact, numit motor cu plăci oscilante (Fig. 4). În Rusia, a fost folosit din 1916 (proiectat de A. A. Mikulin și B. S. Stechkin) până în 1924 (motor Starostin). Testele detaliate efectuate în 1924 au evidențiat pierderi crescute prin frecare și sarcini mari asupra elementelor individuale, ceea ce face ca motoarele cu șaibă oblică să fie relativ nefiabile și ineficiente.
Un cititor atent, este adevărat, a observat că cuvântul biela a fost evidențiat în text. Nu a devenit imediat o parte indispensabilă a motoarelor cu piston.
În motorul cu abur Newcomen nu exista încă nicio biela, îl servise deja cu fidelitate lui Ivan Polzunov și Watt a brevetat chiar mai multe mecanisme în același scop, deoarece biela fusese deja patentată până la acel moment.
Fiind cea mai progresivă soluție a timpului său, după ce a servit oamenii în mod regulat timp de două secole, biela a început să provoace plângeri din partea constructorilor de motoare deja în anii 20 ai secolului nostru. Spune, și cum se numește: „tijă”. Se clătina, se legănă, sparge totul. Și gaba-
rit nu reduce. Și pistoanele sunt presate pe una sau cealaltă parte a cilindrului, iar sarcina inerțială crește. Într-un cuvânt, biela a devenit rău pentru toată lumea. Da, dar nu a fost ușor să te descurci cu el.
Constructorii de motoare de avioane și-au rafinat neobosit design-urile. Până în 1940 s-au luat în considerare toate lucrurile mărunte, s-a îndepărtat tot excesul de greutate, s-au folosit mii de trucuri, s-au folosit cele mai exotice materiale. Și doar schema principală - mecanismul manivelei nu a suferit modificări. În acest moment, nimeni, poate, nu putea prezice viitorul triumf al motoarelor cu reacție. Prin urmare, în toate țările au fost efectuate lucrări la scară largă pentru a crea motoare puternice de avioane cu piston de dimensiuni mici. Dar, în ciuda muncii intense, un motor de avion cu piston, cu o capacitate de peste 4000 de litri. Cu. nu a fost creat în nicio țară străină.
În Anglia, compania „Hipple” a creat un motor cu pistoane opuse și un arbore cotit situat deasupra lor. Pe laterale erau amplasate culbutorii. Adică, britanicii au reînviat schema lui Kostovich. Și dacă mai întorci câteva pagini de istorie, se dovedește că aceasta este și schema lui Newcomen. Numai că nu avea arbore cotit deloc. O frânghie legată de un balansoar târa pistonul pompei în sus și în jos. Compania elvețiană „Sulzer” nu este departe. Motorul său diferă de Heeple doar prin forma culbutorului. Chiar și neozeelandezii și-au adus contribuția: în motoarele lor. corpul culbutorului este plasat în interiorul pistoanelor. Dar aceeași tijă de legătură este conectată cu culbutorii.
Toată lumea avea nevoie de un succesor demn al mecanismului de manivelă și este necesar până în prezent. Prin urmare, căutarea lui nu s-a oprit. În imposibilitatea de a scăpa de biela, inventatorii complet singuri și echipe întregi au început să-i varieze locația (Fig. 5). Astfel de motoare sunt produse în serii mici de un număr de companii și sunt numite „motoare cu scheme cinematice complexe”. Au existat și modele mai exotice. Deci, austriecii au aranjat șase pistoane pe părțile laterale ale triunghiului, plasând arborele cotit în centru. Motorul lor „Fia la Fernbrag” s-a remarcat printre altele doar printr-un nume sonor. Caracteristicile sale au lăsat mult de dorit.
Într-o schemă similară folosită de americani, cilindri gemeni sunt plasați în colțurile pătratului, iar în centru sunt multe biele și doi arbori cotiți. Designerii „Dina-Star” și-au numit creația. Dar chiar și în ea, doar numele este complet original.
Nu este trecută cu vederea și șaibă oblică. Acum este utilizat pe scară largă în diferite motoare hidraulice. Iar la sfârșitul anilor 50, inventatorul englez Hugens a demonstrat grupului de experți ai firmelor de top în construcții de motoare „cel mai recent” motor rotativ cu doisprezece cilindri. Arăta ca un butoi. Și în interiorul aceluiași disc înclinat se ascundea. Și deși Hugens a susținut că „motorul combină puterea termodinamică a unui motor cu ardere internă cu avantajele unei turbine” și că „pierderile prin frecare din cauza absenței bielelor sunt cu 60% mai mici” decât la un motor cu ardere internă, experții s-a mirat, a examinat cu atenție motorul și... mai multe despre nm nu se aud. Cu toate acestea, atât inventatorii singuri, cât și chiar firmele încă încearcă să creeze un motor de spălare oblic funcțional. Există rapoarte despre motoarele cu abur, Stirling și motoarele convenționale cu ardere internă care utilizează această schemă. Asemenea lucrari se desfasoara si la noi in tara, dar, se pare, nu au perspective deosebite. Motivul pentru aceasta este pierderile prin frecare împotriva cărora a luptat atât de mult Hugens. În motoarele cu ardere internă cu biele de mare viteză și motoarele cu șaibă oblică, 15 - 25% din puterea utilă este cheltuită pentru ele. Iar neobișnuitele „Hipla”, „Phials”, „Dina” au și mai multe.
Un alt „inamic” al motoarelor, apărând insidios cu o creștere a vitezei, sunt forțele inerțiale. Ele nu numai că ajută la forțele de frecare, ci pur și simplu supraîncărcă în mod inacceptabil multe piese.
Există și o a treia - tensiunea termică a cilindrului. Odată cu creșterea vitezei și, în consecință, a numărului de flash-uri, pereții cilindrului nu au timp să elimine căldura. Și apoi există frecarea crescută „adaugă ulei” la un cilindru deja încălzit.
Acești „dușmani”, rudele cele mai apropiate ale bielei, sunt pe care inventatorii lumii întregi nu au reușit să îi învingă până astăzi. Desigur, nu trebuie să ne gândim că dezvoltarea motoarelor cu pierderi de frecare reduse și un număr redus de rotații va rezolva toate problemele cu care se confruntă industria motoarelor. Una dintre sarcinile principale - reducerea toxicității gazelor de eșapament este acum rezolvată atât ca urmare a îmbunătățirii procesului de lucru și a utilizării altor tipuri de combustibil, cât și ca urmare a forței motorului.
Designerii străini, din cauza apariției unor cerințe stricte de mediu, au fost forțați în ultimii ani să reducă viteza și raportul de compresie al motoarelor cu carburator. Și acest lucru le-a afectat inevitabil indicatorii tehnici și economici. Deci, puterea medie în litri a motoarelor auto americane este acum la nivelul de 30 - 40 CP. s./l. A crescut și consumul specific de combustibil. Și astfel, mașinile sunt echipate cu motoare mai voluminoase și mai puțin eficiente. Prin urmare, dezvoltarea unor proiecte care să permită menținerea caracteristicilor de eficiență și greutate ale motoarelor cel puțin la nivelul actual poate fi considerată una dintre sarcinile principale. După cum se va arăta mai jos, această problemă poate fi rezolvată cu succes prin crearea de motoare fără tijă, în care pierderile prin frecare sunt reduse drastic. Indirect, o astfel de decizie afectează mai bine și economia, fiabilitatea, indicatorii de greutate.
O altă modalitate este de a dezvolta motoare cu un design fundamental diferit - motoare rotative și motoare bazate pe un ciclu termic diferit. La motoarele de acest tip, multe soluții privind îmbunătățirea motoarelor convenționale cu ardere internă pot fi utilizate eficient.
Motoare cu piston
Motoare Balandin. Lucrările la aceste motoare au început după Marele Război Patriotic. În acei ani, Serghei Stepanovici Balandin lucra la motoare cu piston unice, superioare ca performanță față de motoarele cu piston pentru avioane din acea vreme. Aceste motoare erau mai ușoare, mai puternice, mai economice, mai simple, mai fiabile și mai ieftine decât toate cele cunoscute la acea vreme. Până în 1948, au fost dezvoltate și testate șapte tipuri de motoare cu putere de la 100 la 3200 CP. s., iar în 1948 - 1951. a apărut un motor cu piston de mare putere, cu o capacitate de 10.000 CP. s., ai căror indicatori specifici sunt aproape egali cu cei ai motoarelor turboreactor.
Puterea etajului de bază uzat, constând din patru cilindri cruciformi, a fost atât de mare încât s-a pus problema reducerii acesteia, deoarece nu existau aeronave care să necesite motoare atât de puternice.
Deja primul model de motor al lui S. S. Balandin a arătat avantaje extraordinare. Era de 1,5 ori mai puternic și de 6 (!) ori mai durabil decât motorul radial de avion M-11, luat pentru comparație. În plus, l-a depășit la alți indicatori. În cartea „Conectarea motoarelor cu ardere internă fără tijă” de S. G. Balandin sunt concentrate toate cele mai importante lucruri despre aceste motoare extraordinare. Este dificil să repovesti pe scurt conținutul acestei cărți mici. Fiecare pagină este o descoperire. Cifrele date par incredibile. Dar în spatele lor se află mostre reale, testate cu meticulozitate.
În 1968, revista „Inventor și raționalizator” nr. 4 a publicat un articol la rubrica „Motor substanțial nou”, care s-a ocupat de „un mecanism fără biele pentru transformarea mișcării alternative în mișcare de rotație” (AS nr. 164756). Autorul său este un tânăr inventator din Sevastopol E. I. Lev. Articolul s-a încheiat cu cuvintele: „... vreau ca motorul să fie construit, testat în acțiune”. Și șase luni mai târziu, s-a cunoscut despre existența unui certificat de drept de autor nr. 118471, eliberat în 1957 lui S. Balandin pentru un „motor cu ardere internă cu mecanism fără bielă”.
În ambele formulări, cuvântul „fără biela” este prezent. Dar ce se află în spatele acestui cuvânt? Este greu de răspuns fără o experimentare atentă. Motorul (Fig. 6), care a fost proiectat de E. I. Lev, nu a fost încă construit - baza tehnologică a eșuat. Dar lucrările lui S. Balandin ne permit să spunem cu îndrăzneală: în spatele cuvântului cheie „fără biela” din ambele certificate de drept de autor, s-au ascuns motoare neobișnuite ale viitorului apropiat. Vor trece câțiva ani și doar conservatorii fără speranță vor proiecta motoare cu un mecanism tradițional de biela și manivelă.
Cum funcționează mecanismul fără bielă al lui S. Balandin? „Reperea” sa este arborele cotit, parcă tăiat în trei părți (Fig. 7, a). Arborele cotit central 1 cu jumătate din raza normală a gâturilor se rotește liber în lagăre, două manivele 2 cu aceeași rază. Partea centrală este acoperită de un lagăr de tijă. Pe tija 3 sunt fixate două pistoane (avantajele schemei sunt realizate cel mai bine cu pistoane opuse). Pentru ca forțele de la gâturile părții centrale a arborelui să nu fie transferate pistoanelor, tija din centru are un ghidaj special 4, similar cu crucea compresoarelor și motoarelor cu abur. Doar această traversă este situată chiar în centrul motorului. Sincronizarea rotației manivelelor este asigurată de arborele 5 conectat cu acestea prin roți dințate 6. Este, de asemenea, un arbore de priză de putere pentru antrenarea supapelor și a altor unități.
Lagărul tijei se mișcă în linie dreaptă. În jurul centrului său, mișcându-se alternativ, descriu traiectoriile (circumferințele) ale arborelui cotit. Și deoarece traiectoria gâturilor este un cerc, atunci manivelele urmează fără probleme gâturile. Deci, nu există nicio biela în motor. Prin urmare, prin canalele largi din traversa de-a lungul tijei, un flux puternic de ulei poate fi adus la pistoane, ceea ce va asigura o răcire perfectă a pistoanelor, ceea ce, la rândul său, vă permite să măriți puternic motorul. Uleiul încălzit se întoarce și prin tulpină. Pentru a face acest lucru, este împărțit de un tub în două părți. Datorită alunecării traversei pe pelicula de ulei, pistoanele motoarelor lui S. Balandin practic nu se uzează. Uzura fustelor arborelui cotit este redusă de 3-4 ori. Se explică simplu. În motoarele convenționale cu ardere internă, întreaga forță de presiune a gazelor de pe pistoane este transferată la gât, în timp ce la motoarele lui S. Balandin, doar o diferență utilă în forțele cilindrilor opuși.
Sarcinile reduse pe piesele rotative duc la o reducere de trei până la patru ori (!) a pierderilor prin frecare. Randamentul mecanic al motoarelor lui S. Balandin este de 94%! Doar 6% în loc de 15 - 25% sunt cheltuiți pentru a depăși frecarea! Dimensiunile primelor motoare Balandin au fost mai mici decât cele ale motorului M-11, cel puțin după lungimea bielei, și puterea lor în litri (puterea maximă împărțită la cilindreea în litri) - cea mai importantă caracteristică a motorul, depășit de 1,5 ori și acum piatra de hotar prețuită pentru toți constructorii de motoare este 100 CP. s./l. De exemplu, ne putem aminti că puterea în litri a motorului mașinii Zhiguli este exact jumătate din aceasta.
Potrivit S. S. Balandin, din motoarele fără biele luate până acum „doar de la suprafață”. De exemplu, numai aceste motoare fac posibilă implementarea pur și simplu constructivă a unui proces de lucru în două sensuri în cilindri, creșterea puterii motorului de exact 2 ori.
Dubla acțiune este un termen străvechi. De la a aparținut primului ICE Lenoir. Și mai târziu aproape a dispărut din literatura tehnică. Nu numai pentru că există multe dificultăți constructive în calea implementării sale. Puține motoare existente cu dublă acțiune nu au o putere dublă, iar din punct de vedere al caracteristicilor specifice sunt mult mai rele decât motoarele convenționale cu ardere internă. Da vina pe lansetă. Necesită neapărat o cruce instalată în spatele ei. Și acest lucru duce la o creștere a dimensiunii, o creștere a greutății și, în consecință, la sarcini inerțiale. Rezultatul este un design voluminos, cu viteză redusă, motiv pentru care această schemă este acum utilizată numai în motoarele diesel marine puternice. Motorul Balandin nu necesită deloc o creștere a masei pieselor mobile. În ea, pentru a găzdui al doilea cilindru, trebuie doar să prelungești puțin
ki. Pericolul supraîncălzirii pistoanelor este eliminat prin răcirea pistonului proiectată strălucitor cu un flux puternic de ulei.
Toate motoarele grele ale lui S. Balandin, printre care există un motor cu o capacitate de 14 mii de litri. Cu. cu o greutate de 3,5 tone (0,25 kg / CP), au fost motoare cu dublă acțiune, inclusiv cele cu sincronizare a supapelor de bobină, ceea ce a făcut posibilă reducerea în continuare a dimensiunii. Bobina împrumutată de la motorul cu abur a fost abandonată deja la începutul dezvoltării motorului cu ardere internă. Acum bobinele sunt folosite din nou. Numai că în loc să se miște auritorii alternativ, ei le folosesc pe cele rotative, însă esența lor este aceeași.
Dar de ce auriu? Cu o creștere a vitezei și cu cât acestea sunt mai mari, cu atât dimensiunea motorului este mai mică la aceeași putere, sarcinile inerțiale asupra bielei și grupului de piston și părți ale mecanismului supapei cresc brusc. În aceasta din urmă, sarcinile crescute încalcă sincronizarea supapei. Acest lucru nu amenință bobina rotativă. Nu fără motiv, motoarele cu distribuție a ventilului au fost cele care nu cu mult timp în urmă au uimit lumea cu recorduri de putere în litri. De la 200 l. s./l (GDR, 1960) până la 300 l. s./l (Japonia, 1970) a crescut puterea în litri a motoarelor cu bobine pentru motociclete de curse într-un deceniu.
S. S. Balandin a fost în fața „deținătorilor de recorduri” cu cel puțin 20 de ani prin crearea unor motoare mari de o putere enormă. Să reamintim că nimeni din lume, deși specialiști din cele mai cunoscute firme s-au ocupat de chestiunea, nu a reușit să convoace un motor de avion cu piston cu o capacitate de peste 4.000 de mii de litri. Cu. Și apoi imediat 10 - 14 mii și, dacă se dorește, toate cele 20 mii. Și doar 24 de cilindri. Viteza medie a pistonului în motoarele lui Balandin a atins o valoare fără precedent - 80 m/s! (la motoarele conventionale aceasta viteza este de 10 - 15 m/s, la motoarele de curse - pana la 30 m/s). Și eficiența mecanică ridicată nu interferează cu ridicarea și mai sus.
Puterea efectivă a celor mai bune exemple de motoare cu biele deja la o viteză medie a pistonului care depășește 30 m/s. îndreptându-se spre zero în mod necontrolat. Mecanismul fără legătură practic nu reacționează la o creștere a vitezei medii. Puterea efectivă a motoarelor lui S. Balandin este de 5-6 ori, iar cu acțiune dublă, de 10 ori (!) Mai mare decât cea a bielelor. Mic
graficul dat în carte de S. Balandin mărturisește în mod imparțial acest lucru. Graficul este limitat de intervalul vitezei medii a pistonului de până la 100 m/s, dar curbele tind să iasă din el, ca și cum ar sublinia posibilitățile ascunse ale acestei scheme extraordinare.
Viteza medie este rpm, putere. Dar la urma urmei, viteze mai mari, sarcini inerțiale mai mari, vibrații. Și aici motoarele lui Balandin sunt dincolo de concurență. Oscilogramele de vibrație (amplitudini 0,05 - 01 mm) ale celor mai puternice probe, luate în trei planuri, par neplauzibile. Chiar și turbinele tind să vibreze nu mai puțin. Echilibrul perfect este menținut la orice multiplu de 4 cilindri. Deși, în principiu, sunt posibile motoarele cu un singur și doi cilindri. Din blocurile de bază din patru cilindri, ca din cuburi, puteți pune împreună orice compoziție, fără a vă îndoi de caracteristicile excelente ale acestora.
Ca să nu mai vorbim de economie. Consumul specific de combustibil al motorului Balandin este în medie cu 10% mai mic decât cel al prototipurilor de biele. Dar asta nu este tot! Prin întreruperea alimentării cu combustibil la unul sau mai multe rânduri de cilindri (și acest lucru s-a făcut!) Este posibil ca motoarele să funcționeze cu o eficiență ridicată și aproape constantă la moduri de la 0,25 până la limita superioară a puterii nominale. Modul de sarcină parțială, care este principalul și, în mod ciudat, cel mai puțin studiat mod de funcționare al majorității motoarelor, a primit recent atenție maximă. La urma urmei, eficiența motoarelor convenționale este optimă în intervale înguste de putere și viteză.
Motoarele cu mai mulți cilindri fără biela nu au practic nicio modificare a eficienței la orice sarcină parțială. Fapt incredibil, dar din nou verificat experimental, că consumul lor specific de combustibil poate fi redus cu cel puțin încă 10%. Acest lucru se realizează prin utilizarea așa-numitului ciclu de expansiune extins, adică cu o cursă mai lungă a pistonului. Acest ciclu nu găsește aplicație pe motoarele convenționale, deoarece este necesar să se mărească brusc dimensiunea acestora. La motoarele fără manivelă, creșterea necesară a dimensiunii este exact jumătate din cât și ținând cont de dimensiunea lor mică, în general, un astfel de pas nu are aproape niciun efect asupra caracteristicilor de greutate ale motorului.
Și ultimul. Costul de producție chiar și al prototipurilor de motoare S. Balandin este în medie de 1,6 ori mai mic decât al celor în serie cu putere similară. Același lucru se va întâmpla în noile evoluții. Cheia pentru aceasta este un număr mai mic de piese și fabricabilitatea modelelor.
motor Schneider. Printre motoarele neobișnuite, mai este unul căruia îi lipsește și biela. A fost dezvoltat de șeful grupului uzinei de motorină din Riga L. I. Schneider.
Impulsul pentru crearea motorului a fost succesul motoarelor Wankel. Fiind inginer motoare, L. I. Schneider era bine conștient de avantajele și dezavantajele acestui design, iar în propria sa dezvoltare a încercat să combine rotația pistonului cu forma sa tradițională. Motorul s-a dovedit a fi birotațional. Cu toate acestea, acesta diferă de motorul lui A. G. Ufimtsev, construit la începutul secolului, prin faptul că atât arborele cotit, cât și blocul cilindrilor se rotesc în aceeași direcție și, în plus, prin faptul că nu există biele în el.
Schema structurală a motorului este prezentată în fig. 8. Într-o carcasă fixă ​​cu pereți subțiri, formând o manta de răcire cu aer, un bloc cu patru cilindri dispuși transversal se rotește pe rulmenți. Cilindrii conțin pistoane cu două fețe cu lame plate de curățare 5 (Fig. 8) pe laterale. Pistoanele sunt așezate direct pe manivelele arborelui. Arborele se rotește în rulmenți excentrici față de rulmenții blocului de cilindri. Pistoanele sincronizează rotația blocului cilindrilor și a arborelui cotit, iar blocul se rotește în aceeași direcție la jumătate din viteză.
Lamele de purjare se deplasează în cavitățile blocului cilindric și asigură aspirarea amestecului de lucru din camera manivelă și carburatorul 4, compresia preliminară a acestuia (volumul camerei manivelă este constant) și ocolirea în camerele de lucru. Distributia gazelor este asigurata printr-o aranjare rationala a by-pass/ si evacuare 2 geamuri si palete de purjare. Pentru o rotație a blocului cilindrilor, în fiecare are loc o cursă de lucru, iar arborele cotit face două rotații.
Rotirea blocului cilindrilor asigură îmbogățirea amestecului la periferia cilindrului lângă bujie, care este caracteristică tuturor motoarelor rotative, și arderea mai rapidă și mai completă a combustibilului. Aici arderea este aceeași ca în cilindrii cu distribuție stratificată a încărcăturii. Prin urmare, motorul lui L. Schneider îndeplinește cerințele moderne pentru „puritatea” gazelor de eșapament.
Caracteristicile motorului includ un echilibru excelent, posibilitatea de a plasa arborele cotit de supraalimentare 3 pe volant, a cărui eficiență este destul de mare datorită vitezei de rotație dublate și efectul de aspirație al nervurilor înclinate ale capetelor blocului, care, în timpul rotației, aspirați aerul de răcire prin ferestrele de la capetele carcasei și direcționați-l către un loc situat în centrul carcasei, unde aerul se amestecă cu gazele de evacuare.
Motorul este lubrifiat cu un amestec de lucru, ca în toate motoarele de motociclete. Carburatorul este situat la capătul carcasei opus supraalimentatorului. Aprindere - electrospark. Distribuitor de aprindere - lumânări în sine.
Proba-machetă a motorului, testată la Uzina Diesel din Riga, cântărea 31 kg cu un volum de lucru de 0,9 litri. Greutatea specifică estimată a motorului în versiunea cu carburator este de 0,6 - 1 kg / l. s., în motorină - de la 1 la 2 kg / l. Cu. În comparație cu convențional
motoare cu parametri similari, motorul L. Schneider este mult mai compact.
Kashub motor - Korableva. Un alt motor fără tijă a fost propus de doi inventatori din asociația din Sevastopol „Yugrybkholodflot” - N.K. Kashuba și I.A. Korablev. Ei au proiectat un motor (Fig. 9), în care pistoanele fixe sunt montate pe un cadru /, iar blocul cilindrului 2 se mișcă. Mișcarea acestuia este transformată în rotație printr-un mecanism de angrenare 3 cu semi roți dințate care interacționează cu cremalierele. Singura biela 4 este utilizată pentru sincronizare și pornire. Deoarece pierderile din angrenaje sunt scăzute, eficiența mecanică a motorului trebuie să fie mai mare decât modelele convenționale cu mai multe tije. Modelul motorului, care a funcționat pe aer comprimat, a arătat că schema adoptată este destul de eficientă. Iar inventatorii inspirați au conceput un motor diesel marin de viteză redusă pe baza acestuia. S-a dovedit a fi mult mai compact decât de obicei. Și numeroase calcule ale elementelor structurale și ale ciclului de lucru, efectuate cu ajutorul studenților absolvenți ai Departamentului de ICE al Institutului de Construcții Navale, au confirmat că speranțele autorilor pentru avantajele motorului sunt destul de justificate. Nu au ridicat îndoieli în rândul organizațiilor care au oferit feedback cu privire la proiectul motorului.
Chiar și în versiunea cu patru cilindri, motorul trebuie să aibă litri măriți și putere efectivă și un consum specific redus de combustibil. Cu un număr mai mare de cilindri, câștigul crește. În medie, îmbunătățirea parametrilor principali, conform estimărilor conservatoare, este de aproximativ 10%. Inutil să spun, cât de important este acest lucru pentru navele care fac călătorii pe distanțe lungi! Mulțumește constructorilor de nave și o creștere a resurselor motoare. Pistoanele cu acest design neobișnuit sunt complet descărcate de forțele laterale. Și anume, uzura lor determină adesea soarta mașinii. Forțele laterale din motor sunt create numai de biela de sincronizare. Sunt mici și, în plus, sunt percepute de cadrul pe care sunt montate pistoanele.
Aerul și combustibilul sunt furnizate prin pistoane, distribuția gazului se realizează printr-un sistem de ferestre și canale de ocolire, deoarece motorul este supraalimentat în doi timpi, ca în majoritatea modelelor de nave. Răcirea blocului de cilindri cu apă poate fi realizată prin două pistoane suplimentare. Mișcarea acestuia nu interferează cu funcționarea sistemului de răcire. Pentru a reduce sarcinile inerțiale, blocul este realizat din aliaje ușoare. Masa sa se dovedește a fi puțin mai mare decât masa pieselor mobile în modelele convenționale. Calculele și testele modelului au arătat că acest lucru nu amenință cu complicații.
Original în motor și în mecanismul de conversie a mișcării. Inventatorii au scăpat de sarcinile de șoc pe dinții semi-roților atunci când s-au cuplat cu cremalieră prin utilizarea dinților angrenajului retractabil automat. Rotația arborilor lor este sincronizată de o pereche de angrenaje specială (nu este prezentată în Fig. 9). În general, motorul este un alt exemplu interesant de găsire a modalităților de îmbunătățire a circuitului clasic.
Motor Guskov - Ulybin. Inventatorii mecanismelor fără tije urmăresc în primul rând să scape de frecarea pistonului față de peretele cilindrului, care reprezintă jumătate (!) din toate pierderile prin frecare. Același lucru poate fi realizat în alt mod. Motorul cu ardere internă, în care este exclusă frecarea pistonului pe cilindru, a fost dezvoltat de Voronezh-
de către inventatorii G. G. Guskov și N. N. Ulybin (A. C. nr. 323562). În acest motor, mecanismul tradițional al bielei este înlocuit cu unul dintre mecanismele lui P. L. Chebyshev.
Și acum mecanismul creat acum 100 de ani deschide noi posibilități pentru motoarele cu piston. Potrivit autorilor, absența sursei principale de pierderi prin frecare va face posibilă creșterea bruscă a vitezei și a duratei de viață a motorului, de 1,5 ori eficiența și chiar simplificarea designului. Se poate suspecta autorii unei abordări insuficient de critice față de descendenții lor, mai ales că la prima cunoaștere a proiectului cuvintele „aproximativ simplu” sunt alarmante. Cu toate acestea, termenii prudenți vorbesc doar despre scrupulozitatea lui P. L. Cebyshev în evaluarea mecanismelor. Abaterea de la o linie dreaptă pentru un design specific de motor (Fig. 10) este mult mai mică decât degajările general acceptate în perechea „piston-cilindru”. Pe lângă rectitudinea traiectoriei, mecanismul are un alt avantaj - absența forțelor de apăsare asupra pistoanelor.
Aceste forte - principala sursa de frecare - sunt percepute de o biela suplimentara. În același timp, pierderile prin frecare în tija de legătură suplimentară sunt de numai 5-6%, ceea ce permite o creștere a rotațiilor de până la 10 mii pe minut sau mai mult.
Funcționarea de mare viteză vă permite să abandonați ... segmente de piston și să treceți la o etanșare labirint (vezi Fig. 10). Nimeni nu se va angaja să pornească un motor convențional cu ardere internă în absența inelelor - nu va exista compresie. Dar dacă cumva inelele sunt îndepărtate dintr-un motor în funcțiune, în Fig. zece.
Garnitura labirint funcționează cel mai bine când este uscată. Prin urmare, lubrifierea va fi fie absentă, fie va fi minimă, iar eventualele zgârieturi vor împiedica prografichivaniye benzilor de ghidare a pistonului. Lipsa uleiului în camera de ardere va reduce fumul. Inutil să spun că, în prezent, când sunt deja în curs de pregătire legi privind interzicerea completă a motoarelor de fumat, acest fapt special este foarte important.
Și, în sfârșit, încă o caracteristică interesantă a motorului, care poate fi realizată de mecanismul Chebyshev. Aceasta este aprinderea prin compresie. Cu o creștere a vitezei, aprinderea cu o lumânare cu un singur electrod nu oferă adesea calitatea dorită de ardere a amestecului. Două bujii, bujii cu mai mulți electrozi, aprindere electronică sau lanternă - toate acestea dau rezultate mai acceptabile.
Aprinderea prin comprimare este și mai eficientă: un raport de compresie ridicat de aproximativ 30 asigură la sfârșitul cursei de compresie o temperatură suficientă pentru autoaprinderea rapidă a unui amestec foarte slab1 în întreg volumul, ceea ce garantează arderea completă și o eficiență crescută a motorului. Utilizarea aprinderii prin compresie implică un raport de compresie variabil: pe măsură ce camera de ardere se încălzește, este necesară o scădere a raportului de compresie. Multe întreprinderi inventive au eșuat pe parcurs: tot felul de elemente „elastice” din proiectare nu au putut rezista la temperatură și sarcinile de la arderea „dură” (detonarea diesel). Și numai în motoarele de compresie ale modelelor de aeronave această metodă este utilizată cu succes, dar acolo raportul de compresie este ajustat de către modelator însuși imediat după pornirea motorului.
Calculele autorilor au arătat că mecanismul Chebyshev are o flexibilitate excelentă, ceea ce permite să nu se introducă niciun „element” suplimentar în design.
1 Amestecați cu exces de aer.
elemente statice" și în același timp obține un raport de compresie pseudovariabil destul de acceptabil. Datorita aranjarii reciproce a pieselor mecanismului, motorul se va adapta automat la conditii variabile de functionare.
Completitudinea arderii amestecului slab, cuplată cu absența lubrifierii cilindrului, va reduce concentrația de substanțe nocive în gazele de eșapament (cu excepția oxidului de azot). Specialiștii interesați de motor. În 1975, NAMI a finalizat producția unui prototip.
motor Kuzmin. Motorul cu mecanism Chebyshev, care este descris mai sus, este destinat motocicletelor. Și aceasta nu este singura noutate din pușculița inventatorilor. În cartea recent publicată „Motocicletă” (S.V. Ivanitsky et al., 1971), scrisă de un grup de angajați de frunte ai VNIImotoprom, se indică faptul că „eficiența scăzută a lubrifierii a început să împiedice progresul motoarelor în doi timpi”. dintre modalitățile de rezolvare a problemei este introducerea diferitelor modificări de proiectare în schema clasică de lubrifiere.
Avantajele sistemelor de ungere separate pentru motoarele în doi timpi cu pompe de ulei - o mai bună lubrifiere a pieselor mecanismului manivelei; reducerea formării carbonului, cocsificarea inelelor și a fumului motorului; realimentarea separată cu ulei și combustibil - a absorbit sistemul de lubrifiere creat de inventatorul de la Sevastopol. V. I. Kuzmin (A. C. Nr. 339633). Are cel puțin încă două calități pozitive: absența unei pompe complexe de alimentare cu ulei, care determină simplitatea și fiabilitatea sporită a sistemului și circulația parțială a uleiului de-a lungul circuitului cilindru-rezervor de ulei, care îmbunătățește răcirea și reduce stresul termic al motorului.
Elementele principale ale sistemului de lubrifiere (Fig. 11, a) sunt un rezervor de doi litri /, care se potrivește în cutia laterală a motocicletei, conductele de ulei 2 și canelurile curbate 6 de pe oglinda cilindrului, conectate la conductele de ulei prin găuri. Uleiul este aspirat în cilindru din cauza vidului (nu este nevoie de pompă!). Uleiul intră în canelura inferioară prin trei găuri cu diametrul de 7! mm (Fig. 11, b) când pistonul se deplasează în sus de la punctul mort inferior (BDC) până la deschiderea tubului de aspirație
fereastră, adică numai în momentul celui mai mare vid în carter. Uleiul este atras în canelura superioară din canelura inferioară prin acțiunea de frecare a Lorshn. Când amestecul se aprinde, o parte din gazele care au spart prin încuietorile inelelor pistonului în golul dintre cilindru și piston vor stoarce uleiul din canelura superioară înapoi în rezervor. În același timp, presiunea din rezervorul va crește și o nouă porțiune de ulei va intra în canelura inferioară.
În timpul cursei pistonului către BDC, uleiul vâscos este transportat de-a lungul părților înclinate ale canelurii inferioare, datorită cărora se creează o abundență de ulei în zona bolțului pistonului. Prin canelurile realizate în boturile pistonului (sub deget), o parte din ulei curge în partea superioară, iar sub acțiunea forțelor gravitaționale în capul inferior al bielei. Cealaltă parte este dusă de mantaua pistonului în zona de excrement de ulei a lagărelor arborelui cotit. Fluxul de ulei are loc până când presiunea în carter crește. Astfel, porțiuni de ulei proaspăt sunt furnizate ciclic la toate componentele cele mai importante ale mecanismului manivelei.
Cantitatea de ulei care intră este legată automat (!) de numărul de rotații și de sarcina motorului: cu cât vidul din carter este mai mare, cu atât mai mult ulei este aspirat în canelura inferioară. Pentru o reglare suplimentară, pe linia de alimentare cu ulei este instalată o supapă cu ac 3, controlată de un buton rotativ de accelerație (gaz). O altă conductă de ulei 4, prin care rezervorul de ulei este conectat la conducta de aspirație din spatele carburatorului, servește la egalizarea presiunii din rezervor. În această linie este instalat un mic șurub de accelerație. Prin schimbarea poziției sale, este posibil să se varieze alimentarea cu ulei a cilindrului pe o gamă largă.
Multe motoare de motociclete fumează destul de mult. Acest lucru se datorează parțial particularităților sistemului de lubrifiere clasic, în care uleiul este adăugat într-un raport de 1 până la 20 - 25 de părți de benzină, și parțial analfabetismului șoferilor care, crezând că „nu poți strica terci cu ulei. ”, crește proporția de ulei. Puțini șoferi știu că de la ralanti la viteză medie (accelerația este pe jumătate deschisă), un raport de 1:200 la 1:60 este suficient pentru a lubrifia motorul. Și numai la încărcare maximă este necesar un raport de 1:20. Desigur, sistemul clasic de lubrifiere nu îndeplinește aceste cerințe. Excesul de ulei la sarcini mici duce doar la fum.
În câțiva ani, cerințele crescute pentru puritatea eșapamentului vor pune o barieră de netrecut în fața acestei scheme. Poliția rutieră începe deja să scoată numere de pe motocicletele care fumează în special și, ținând cont de pretențiile la schema clasică de calitate a lubrifierii, în următorii ani ar trebui să ne așteptăm la o distribuție largă a motoarelor în doi timpi cu sisteme de ungere separate.
Prin urmare, munca lui Kuzmin poate fi de interes pentru industria noastră de motociclete. Sistemul original de lubrifiere ar putea asigura vânzările nestingherite ale IZH și Kovrovtsev în străinătate. Este posibil să vă gândiți doar la creșterea eficienței ungerii lagărului principal al bielei. Abundența uleiului care intră în rulmenții arborelui cotit indică posibilitatea utilizării unui dispozitiv similar cu cel descris în cartea „Motocicletă”, în care forțele centrifuge sunt utilizate cu succes. În toate celelalte privințe, sistemul inventatorului sovietic este superior celor străine.
Kuzmin și-a instalat propriul sistem de lubrifiere pe Kov-rovets. Și acum suntem deja cu 50 de mii de km în urmă, iar pistonul și cilindrul au o suprafață absolut curată, fără nici cea mai mică urmă de zgârieturi. Motocicleta nu fumează, trage mai bine (doar benzina curată arde și toate piesele sunt perfect lubrifiate). Nu există o uzură semnificativă nici pe bolțul pistonului, nici pe lagărele bielei și arborelui cotit, deși, de obicei, cu o astfel de rulare, biela și grupul de piston trebuie deja înlocuite.
Un sistem de lubrifiere fiabil a crescut puterea motorului. Și pentru aceasta, V. Kuzmin, împreună cu G. Ivanov, au aplicat o soluție originală, pe care i-a determinat un articol despre tornade apărut într-o revistă populară. Tornada se învârte, amestecă aerul. La motoare, o reechilibrare mai completă a amestecului crește caracterul complet al arderii combustibilului, ceea ce duce la o creștere a puterii. Schimbând forma camerei de ardere prin sudare și rotire în ea a două adâncituri care formează vortex, Kuzmin și Ivanov au încercat să mărească puterea motorului. După mai multe încercări nereușite, a fost găsită forma rațională a adânciturii care formează vârtej, iar puterea motorului Kovrovets a devenit aproape de 20 CP. Cu.!
Eficiența motorului este determinată de mulți indicatori, printre care pierderile de căldură în camera de ardere nu sunt pe ultimul loc. Sunt minime pentru camerele de ardere (sferice) de cort și suprafața lor este limita pentru care se străduiesc proiectanții. Orice abatere de la sferă mărește suprafața și duce la o creștere a pierderilor de căldură. În cazul nostru, beneficiul creșterii eficienței arderii pare să fie mult mai mare decât daunele cauzate de o anumită creștere a suprafeței.
Coroana pistonului este cea mai încărcată termic. Cu o creștere bruscă a puterii și, în consecință, a tensiunii termice, coroana pistonului se poate arde. Pentru a preveni acest lucru, pe carterul motorului descris (în camera de precompresie) există o parte dintr-o configurație complexă - un deplasator cu piston care îndepărtează amestecul încălzit de sub piston. Cu aceasta, inventatorii au realizat o răcire intensivă a fundului pistonului; a turbulizat amestecul din camera manivela și a redus volumul camerei manivelă, crescând astfel raportul de precompresie. Și acum pe „Kovrovets” vă puteți îmbarca în siguranță în orice călătorie.
Un sistem autonom de lubrifiere garantează funcționarea fiabilă și pe termen lung a verigii celei mai slabe - mecanismul manivelei / Camera și deplasarea îmbunătățesc formarea amestecului și eficiența arderii, reduc consumul specific de combustibil și oferă putere mare - o garanție a performanței excelente de conducere a motocicletei. Și sunt chiar înalți. Soarta lui "Kovrovtsev" obișnuit este de 70 - 90 km / h, o mașină îmbunătățită dezvoltă cu ușurință 100 - 110 km / h. A trebuit chiar să echilibrez roțile, pentru că la o viteză medie mare, tremuratul de la dezechilibru, de obicei insesizabil, devenea enervant. După ce au obținut rezultate excelente cu mijloace relativ simple, inventatorii din Sevastopol visează să-și pună în aplicare invenția. Ei sunt gata să ofere orice informație, inclusiv motocicleta în sine, organizațiilor interesate.
Prin dezvoltarea și rafinarea ideilor lor, este posibil să se proiecteze mașini care depășesc motocicletele celor mai bune firme străine. Și, desigur, deciziile locuitorilor din Sevastopol pot fi folosite nu numai pe motociclete, ci și pe orice alte motoare. Deci, de exemplu, s-a dovedit recent că raportul maxim de compresie al motoarelor pe benzină poate să nu fie 12, așa cum era obișnuit, ci 14,5 - 17,5. In acest caz randamentul termic al motorului creste cu aproape 15%.Dar pentru a realiza acest castig fara a creste numarul octanic al combustibilului peste 100, in primul rand ar trebui folosite dislocatoare care turbulizeaza puternic amestecul. Deplasatorul și camera Kovrovets sunt doar exemple ale unui astfel de dispozitiv.
Tijă flexibilă. Ideile noastre despre o serie de detalii sunt un fel de stereotip. Spune, ce este o lansetă? Aceasta este o placă figurată cu două găuri. În cazuri extreme, una sau ambele găuri sunt înlocuite cu capete bile. Aceste două modele se plimbă de la mașină la mașină. Și desenați, și puneți-le fără ezitare. Și ce altceva ar putea fi?
Să aruncăm o privire la manivela din lateral. Acesta trebuie să fie strict perpendicular pe axa longitudinală a motorului. Dar imaginați-vă că tija de biela al arborelui cotit este ușor paralel cu axa. Capul bielei s-a deplasat în lateral. Acum imaginați-vă că găurile capetelor inferioare și superioare ale bielei sunt ușor deformate. Acest lucru se întâmplă tot timpul, chiar dacă în limitele toleranțelor. Drept urmare, axa bolțului pistonului, care trebuie să fie paralelă cu axa motorului, nu ocupă aproape niciodată o poziție atât de ideală.
Ținând cont de eroarea de găurire a orificiului pentru deget și de inexactitatea instalării blocului cilindrului pe carter, constatăm că chiar și cu o precizie de fabricație foarte mare este aproape imposibil să se asigure paralelismul pereților cilindrului și al pistonului!
Dar milioane de motoare cu ardere internă funcționează! „Am putea lucra mai bine”, spune inventatorul din orașul Komsomolsk-pe-Dnepr, V.S. Salenko. Pentru a face acest lucru, biela trebuie făcută cu trei legături (Fig. 12), astfel încât pistonul să se auto-alinieze de-a lungul cilindrului, iar capul inferior - de-a lungul jurnalului bielei. Articulațiile pivotante cu degete sunt adăugate lângă capetele de biele superioare și inferioare perpendicular pe găurile acestora.
Este greu de crezut în necesitatea unei astfel de complicații a unui detaliu simplu. Dar, de exemplu, dacă, după câteva ore de rodare, orice motor este dezasamblat, devine clar că „necesitatea” nu este adesea deloc teoretică. Pistoanele aproape tuturor motoarelor cu ardere internă sunt făcute ușor eliptice: în direcția bolțului pistonului, dimensiunea lor este mai mică. După câteva ore de funcționare, teoretic nu ar trebui să existe uzură pe părțile laterale. De fapt, este cel mai adesea prezent și indică o nealiniere a pistonului în cilindru. Nealinierea va atrage nu numai uzura pistonului, ci și conicitatea rulmenților bolțului și manivelei, uzura neuniformă a acestora pe lungime. Practic, aceste procese au loc în timpul rulării. Apoi toate „de prisos” vor fi șterse și detaliile vor găsi o poziție în care vor funcționa mult timp și vor funcționa corect. Dar golurile în timpul alergării vor crește inevitabil.
Biela și grupul de piston determină resursa motorului. Prin aplicarea unei biele cu trei legături, tot „extra” șters în timpul rodajului poate fi util de utilizat - pentru a crește resursa motorului. V. S. Salenko a făcut mai multe biele cu trei brațe pentru motociclete și motorul mașinii Moskvich. Motorul Moskvich, asamblat în condiții artizanale (!), În ciuda faptului că golurile din toate îmbinările cu balamale aveau diametre de 0,005, a pornit cu ușurință în timpul spargerii și a funcționat clar și stabil la cele mai mici viteze.
Motoare cu ardere externă
Atenția acordată motoarelor cu ardere externă se datorează în principal două motive: faptul că arderea combustibilului în afara camerei de ardere poate reduce dramatic cantitatea de impurități nocive din gazele de eșapament și faptul că eficiența unor astfel de motoare poate fi semnificativ mai mare decât cea a altora. .
În primul rând, acestea sunt motoare cu piston care implementează ciclurile Stirling și Erickson și... mașini cu abur. Acum, cel mai faimos este ciclul Stirling, care diferă de ciclul Erickson prin faptul că gazul este încălzit și răcit la un volum constant de-a lungul izocorului, și nu la o presiune constantă - de-a lungul izobarului (Fig. 13). La niveluri egale de temperatură superioară și inferioară, motoarele Stirling și Erickson cu regeneratoare au aceeași eficiență, dar eficiența Stirling este mai mare, deoarece consumul de căldură necesar este mai mic pentru a încălzi gazul de-a lungul izocorului. Din fig. 13 rezultă că. munca utilă, caracterizată în diagrama T - S de zona ciclului, este de asemenea mai mare pentru motoarele Stirling.
Este interesant de observat că ambele motoare au apărut în perioada de glorie a motoarelor cu abur și au fost produse în cantități semnificative până la începutul secolului nostru. Cu toate acestea, nimeni nu a reușit să-și dea seama de avantajele la acel moment și, în primul rând, datorită volumului lor extrem, au fost complet înlocuite cu motoare cu ardere internă.
Renașterea motorului Stirling a avut loc în anii 50. Și deja primul prototip i-a uimit pe creatori cu o eficiență fără precedent, egală cu 39% (teoretic până la 70%). Luați în considerare principiul funcționării sale (Fig. 14).
Motorul are două pistoane și două camere: compresie (între pistoane) și încălzire (deasupra pistonului superior). O tijă trece prin centrul pistonului principal de lucru 1, pe care este montat al doilea piston 2, numit piston deplasator.
Datorită designului mecanismului de paralelogram, mișcarea pistonului de deplasare rămâne în urmă cu mișcarea pistonului principal în fază. Pistoanele se deplasează apoi cât mai aproape posibil, apoi se îndepărtează unul de celălalt. Modificarea volumului de gaz între pistoanele din figură este prezentată prin două curbe punctate. Zona dintre ele corespunde modificării volumului spațiului ciupit, iar curba inferioară caracterizează modificarea volumului deasupra pistonului de lucru. Când pistoanele se deplasează unul spre celălalt, gazul de lucru din camera de compresie este comprimat (numai datorită mișcării pistonului/în sus) și este simultan deplasat în răcitorul 3 și mai departe prin regeneratorul 4 în camera de încălzire. A regenera înseamnă a restaura. În regenerator, gazul percepe căldura pe care regeneratorul a primit-o de la o porțiune de gaz care trecuse anterior prin el în sens opus. După aceea, gazul intră în capul mașinii (camera de încălzire), care este încălzit constant de o sursă de căldură externă. Aici, gazul se încălzește rapid până la o temperatură de 600 - 800 ° C și începe să se extindă. Gazul în expansiune va trece prin regenerator și răcitor, unde temperatura acestuia încă va scădea, în camera de compresie, unde va efectua lucrări mecanice.
Pistonul deplasator, deplasându-se în sus, va împinge tot gazul din camera de încălzire în camera de compresie. După aceea, ciclul se repetă. Deci mașina pompează
căldură de la camera de încălzire la temperatură ridicată la camera de compresie la temperatura ambiantă. Energia dobândită de gazul din camera de încălzire este transformată în lucru mecanic îndepărtat de pe arborele motorului.
La avantajele „stirlingului”, pe lângă eficiența ridicată și sterilitatea, mai trebuie adăugat un lucru - capacitatea de a lucra cu orice tip de combustibil sau energie termică, precum și zgomot și funcționare lină. Aceste calități ale „stirling-urilor” existente nu se datorează în ultimul rând conducerii.
Primele Stirling-uri scoase pe piață aveau o manivelă simplă cu un arbore cu două genunchi, cu gâturile deplasate cu aproximativ 70 °. Acest lucru a oferit un flux de lucru bun, dar mașinile au vibrat - este complet imposibil să echilibrați o astfel de unitate. În următoarele modificări, a apărut o unitate de grame paralele. Vibrația a dispărut aproape (noroc rar!), dar fluxul de lucru este puțin mai rău. Dintre două rele, alege-o pe cea mai mică: fără vibrații - fiabilitate mai mare.
Deteriorarea procesului se explică prin faptul că ciclul real diferă semnificativ de cel teoretic. Pe fig. 13 (în coordonate T - S) în interiorul unui paralelogram ideal care caracterizează ciclul Stirling, este prezentat un oval - acesta este cel care afișează procesele reale. Figura (Schema IV) arată același ciclu în coordonatele P - V, care sunt mai familiare inginerilor de motoare.
Orez. 14. Schema motorului Stirling:
1 piston de lucru; 2 - piston-deplasator; 3 - frigider; 4 - regenerator
drive - pentru a aduce ovalul cât mai aproape de forma ideală, fără a compromite calitățile mecanice ale motorului.
Unitatea cu paralelogram folosită de inginerii olandezi pentru modelul îmbunătățit a îndeplinit această condiție doar parțial. O soluție mult mai bună (Fig. 15) a fost propusă de oamenii de știință și inginerii uzbeci T. Ya. Umarov, V. S. Trukhov, Yu. Academia de Științe a RSS uzbecă.
În vechiul antrenament (Fig. 15, a), traiectoria punctelor manivelei care determină mișcarea pistoanelor este un cerc. În noua unitate (Fig. 15, b) pentru piston-deplasator - un cerc, pentru muncitor - o elipsă. Acest lucru permite, păstrând în același timp toate avantajele unei antrenări cu paralelogram, să se realizeze o mai bună coordonare a mișcării pistoanelor și să se apropie ciclul real de cel ideal. Soluția este protejată de dreptul de autor nr. 273583.
Principalul dezavantaj al lui Stirling este volumul lor. Pentru 1 litru Cu. puterea în structurile construite este de 4 - 5 kg față de 0,5 - 1,5 kg la motoarele convenționale. Mai multe invenții ale lui T. Ya. Umarov, V. S. Trukhov și Yu. E. Klyuchevsky pot ajuta la reducerea greutății. În motor conform a. Cu. Nr. 261028, pistonul deplasator în anumite etape ale mișcării îndeplinește funcțiile unui piston de lucru, adică este utilizat mai eficient. Aruncă o privire la fig. 15, c. Când ambele pistoane se mișcă în sus, ambele sunt implicate în compresie. Acest lucru se realizează datorită faptului că pistonul de lucru este plasat în interiorul pistonului deplasator. Același lucru se întâmplă în momentul expansiunii - cursa de lucru. Ca urmare, antrenarea este încărcată mai uniform, ponderea cursei de lucru în ciclul total crește, dimensiunile și, în consecință, greutatea mașinii sunt reduse.
O dimensiune și mai mică are un motor de-a lungul a. Cu. nr.385065 de aceiaşi autori (Fig. 15d). Pe lângă amplasarea pistonului de lucru în interiorul pistonului deplasator, acesta din urmă este realizat cu o cavitate interioară închisă, în care este plasată un antrenament, format dintr-un arbore cotit și o pereche de roți dințate conice. - Interesul oamenilor de știință din Tașkent pentru motoarele cu ardere externă nu este doar o nebunie pentru un subiect la modă. Ele sunt necesare pentru ei ca unul dintre elementele sistemelor solare simple, fiabile și eficiente. Adunate într-un fascicul, razele soarelui vor pune în mișcare „agitarea” oricărui design imaginabil, iar eficiența unui astfel de sistem va depăși semnificativ eficiența bateriilor solare sau a stocării de căldură.
Motoarele cu cicluri de ardere externă oferă posibilități uimitoare. Și putem spune cu siguranță că atenția cercurilor inventive și inginerești asupra lor nu este în mod clar suficientă. Un exemplu în acest sens este certificatul de autor nr. 376590 al inginerului V.I. Andreev și doctorului în științe tehnice A.P. Merkulov. În motorul lor (Fig. 16), a fost folosit un mecanism fără biele 6 S. S. Balandin. „Stirling” cu mecanismul lui S. S. Balandin a devenit mult mai compact. Dar esența invenției nu este aceasta: camerele de încălzire 7 ale noului motor sunt conectate prin conducte de căldură 5 - supraconductori de căldură. Evaporarea și condensarea substanțelor plasate în ele asigură un transfer aproape instantaneu al unui flux de căldură imens în raport cu dimensiunile de la un capăt la celălalt al tubului.
Tuburile au permis inventatorilor să găsească soluția potrivită pentru una dintre problemele motoarelor cu ardere externă - extracția neuniformă a căldurii. În ciclurile termice ale motoarelor convenționale cu ardere internă, căldura este furnizată la un timp strict definit. Și în motoarele cu ardere externă, capul este încălzit în mod constant. Ca urmare, în momentele în care nu există extracție de căldură, capetele se supraîncălzi. Este necesar să se reducă temperatura de încălzire, iar acest lucru afectează direct eficiența: cu cât temperatura este mai mică, cu atât este mai scăzută. Este păcat, dar nu se poate face nimic: utilizarea materialelor rezistente la căldură reduce coeficientul de transfer de căldură, utilizarea materialelor conductoare de căldură necesită o scădere a temperaturii admisibile de încălzire a capului.
Motor cu dublă acțiune Andreev și Merkulov. Când cursa de pe o parte a pistonului se termină, conductele de căldură „pompează” căldura în exces în camera de încălzire opusă. Acest lucru egalizează temperatura zonei de încălzire și o poate crește semnificativ. Noua „sterlină” își datorează acțiunea bilaterală mecanismului lui S. Balandin. Dintre toate cele cunoscute, doar mecanismul lui S. Balandin permite o acțiune bidirecțională cu beneficii maxime cu o creștere minimă a dimensiunii și cea mai mare eficiență mecanică posibilă.
În motorul Andreev-Merkulov, pistoanele de deplasare 2 și pistoanele principale de lucru 1 sunt instalate în cilindri separați, iar o cameră independentă este situată pe fiecare parte a pistonului. Camerele sunt interconectate în perechi prin conducte, pe care sunt fixate aripioarele frigiderelor. În fiecare pereche de camere, se efectuează un ciclu de „stirling” cu un singur cilindru.
În diagrama care ilustrează principiul de funcționare a unui Stirling cu un singur cilindru (vezi Fig. 14), mișcarea asincronă a pistoanelor asigurate de mecanismul paralelogram este clar vizibilă. Același efect este obținut și în mecanismul fără bielă al lui S. Balandin și în orice alt mecanism cu mai multe biele, dacă fusele arborelui cotit sunt deplasate cu un anumit unghi.
Eficiența motoarelor cu ardere externă deja construite ajunge la 40%. Conform calculelor lui V. Andreev și A. Merkulov, este posibil să o creșteți cu cel puțin 15% numai prin utilizarea conductelor de căldură. Mecanismul lui S. Balandin nu va da mai puțin. Eficiența reală a mașinii se va apropia de cea teoretică - 70%? Aceasta este aproape de două ori mai mare decât cele mai bune motoare cu ardere internă din timpul nostru. Adaugă aici „sterilitatea” motorului Stirling.
Un motor cu ardere externă pentru un autoturism a fost testat în străinătate. S-a dovedit că concentrația de CO în gazele de eșapament a scăzut de 17 - 25 de ori, oxizi de azot - de aproape 200 (!), Hidrocarburi - de 100 de ori.
„Stirling”, proiectat de V. Andreev și A. Merkulov, cu o putere de 50 de litri. Cu. cântărește 70 kg, sau 1,4 kg/l. Cu. - la nivelul celor mai bune exemple de motoare auto cu carburator. Și aceasta nu este o exagerare. Ca urmare a utilizării mecanismului lui S. S. Balandin, dimensiunea a fost redusă, iar autorii au scăpat de presiunea din carter prin instalarea unei membrane de cauciuc rulante pe tijă, care este capabilă să reziste la presiuni de până la 60 kg / cm2 ( de obicei în spațiul pistonului acestor motoare aproximativ 40 kg / cm2). Conductele de căldură au putere sporită cu aceleași dimensiuni. La scurt timp după ce au primit certificatul de drepturi de autor, inventatorii au descoperit un brevet american eliberat ceva mai târziu către General Motors, care prevede utilizarea conductelor de căldură pentru a furniza căldură în interiorul unui motor cu ardere externă. Sensul este unul, esența este oarecum diferită.
Motoarele cu ardere externă sunt cunoscute de peste 150 de ani. Eficiența primei dintre ele a fost egală cu 0,14%! Putem spune că s-au născut înainte de timp. Neajunsuri semnificative i-au ținut multă vreme în „curtea din spate”. Izbucnirile de gândire tehnică, similare cu ideea lui V. Andreev și A. Merkulov, le deschid undă verde.
Există o altă modalitate interesantă de a aborda eficiența „Stirlings” de cea teoretică, găsită și de oamenii de știință sovietici - angajați ai Institutului de Energie Nucleară al Academiei de Științe a BSSR. Într-un număr de certificate de drept de autor nr. 166202, 213039, 213042, 201434, ai căror autori sunt I.M. Kovtun, B.S. Onkin, A.N. Naumov, S.L.motoare termice cu randament mai mare decât cel al ciclului Carnot. Această afirmație, care respinge adevărurile elementare cunoscute de toți inginerii termici, sună paradoxal la prima vedere. Și totuși astfel de mașini sunt posibile. În total, fără excepție, lucrările fundamentale dedicate motoarelor termice, se presupune că proprietățile corpurilor de lucru - gazele nu se schimbă în timpul funcționării. Esența căii propuse de oamenii de știință din Belarus este schimbarea acestor proprietăți. Aceasta din urmă este posibilă dacă în gazele de lucru sau amestecurile acestora apar reacții chimice reversibile în timpul ciclului. De exemplu, eficiența termică a unei turbine poate fi triplată dacă fluidul de lucru se disociază când este încălzit și se recombină când este răcit. Astfel de corpuri pot fi sulf gazos, iod, oxizi de azot, cobalt, triclorura de aluminiu.
În special, triclorura de aluminiu este deja considerată un fluid de lucru promițător pentru „heliostirlings”, care va funcționa în spațiu. Principala problemă cu aceasta este îndepărtarea căldurii din frigider. Nu există altă cale decât radiația de căldură în spațiu. Pentru ca acest proces să fie eficient, temperatura frigiderului-radiator trebuie să fie suficient de mare, de cel puțin 300 ° C. Limita superioară a temperaturii este aceeași ca pe Pământ: de la 600 la 800 ° C. Este limitată de rezistența la căldură a materialelor existente. În aceste condiții, eficiența „Stirlingului” convențional este redusă semnificativ, iar utilizarea unui gaz de disociere va permite nu numai creșterea puterii cu un factor de 2 - 3, ci și aproximativ dublarea eficienței.
Fără îndoială, este un păcat să refuzi astfel de avantaje pe Pământ. Prin urmare, celor ale căror activități sunt legate de motoarele termice li se poate recomanda să studieze cu atenție lucrările oamenilor de știință din Belarus. Ele conțin și posibilitatea de a crea mari
motoare termice cu o eficiență apropiată de 100%, și baza pentru construcția motoarelor cu ardere externă de automobile cu o eficiență fără precedent.
Primele rezultate pozitive sunt deja disponibile. Inginerii olandezi au forțat corpul de lucru al unei mașini de refrigerare care funcționează pe ciclul Stirling să sufere transformări de fază și și-au dublat capacitatea de răcire. Acum depinde de motoare!
Motoare cu aburi. Vorbind despre motoarele cu ardere externă, nu se poate să nu menționăm motoarele cu abur. Acest tip de condus, care era cel mai comun acum 100 de ani, este astăzi considerat exotic. Și acest lucru se explică doar prin faptul că motoarele cu ardere internă au înlocuit practic motoarele cu abur din mașini, deși producția la scară mică de mașini cu abur a existat până în ... 1927.
Pasionații de abur prezintă multe argumente în favoarea reînvierii motorului bunicului nostru. Și în primul rând, considerații despre „sterilitatea” ridicată a motorului. În acest sens, motorul cu abur are aceleași avantaje ca și motorul Stirling: teoretic, în produsele de ardere sunt prezenți doar dioxid de carbon și vapori de apă, iar cantitatea de oxid de azot poate fi și mai mică, deoarece temperatura necesară este mult mai mică. În plus, ca urmare a unei arderi mai complete, cantitatea totală de „eșapament” este cu aproximativ 1% mai mică decât cea a unui motor cu ardere internă.
Nici eficiența motoarelor moderne cu abur nu este scăzută. Poate fi adus până la 28% și, astfel, să fie proporțional cu randamentul motoarelor cu ardere internă cu carburator. În același timp, trebuie menționat că, de exemplu, eficiența globală a vehiculelor electrice (ținând cont de procesul de generare a energiei electrice) nu depășește 15%, adică, la scară globală, o flotă de vehicule Stirling și vehicule cu abur. ar polua atmosfera aproape la jumătate decât o flotă similară de vehicule electrice. Și dacă luăm în considerare performanțele excepționale ale motoarelor cu abur, atunci interesul reînnoit față de acestea nu mai pare nerezonabil. Reînnoirea interesului este evidențiată nu doar de articolele de jurnal și brevetele „proaspete”, ci și de comerțul cu brevete pentru motoarele cu abur.
O diagramă schematică a unei versiuni cu un singur circuit a unui motor cu abur de automobile este prezentată în fig. 17. Sursa de căldură / aduce fluidul de lucru din cazan la fierbere 2. Și anume „fluidul de lucru”, deoarece poate fi nu numai apă, ci și alți agenți cu temperaturi de fierbere (condens) acceptabile și parametri termotehnici. Un agent promițător este, de exemplu, Freon-113, al cărui punct de fierbere (48°C) este jumătate din cel al apei.
Prin mecanismul de distribuție 3, aburul intră în motorul cu abur propriu-zis 4. Aburul evacuat este condensat de fluxul de aer de la ventilatorul 5 în condensatorul 6, după ce în prealabil a cedat o parte din căldură lichidului din schimbătorul de căldură recuperator 7 Lichidul este furnizat schimbătorului de căldură și apoi cazanului de către pompa 8. Elemente de circuit precum motorul 4, condensatorul € (radiator) și pompa 8 fac parte din orice mașină. Se adaugă numai cazanul 2 cu încălzitorul 1 și schimbătorul de căldură 7.
Deoarece motorul 4 poate fi folosit aproape orice piston sau mașini rotative sau chiar turbine. Prin urmare, aproape toate soluțiile tehnice descrise în această broșură sunt aplicabile unității cu abur.
Avantajele mecanismelor descrise, combinate cu caracteristicile motoarelor cu abur, vor face posibilă crearea unor vehicule extrem de eficiente. La urma urmei, avantajele elementare ale mașinilor moderne - zgomot, accelerație, netezime - sunt relative. Adevăratul sens al acestor cuvinte este pe deplin în concordanță doar cu mașinile cu abur. Ele nu au o schimbare bruscă a presiunii în timpul evacuarii și, prin urmare, nu există o sursă principală de zgomot și, în același timp, nu există un sistem de amortizare a sunetului de evacuare. Puțini oameni au putut vedea mașina cu abur în ultima vreme. Dar locomotivele își amintesc, probabil, totul. Amintiți-vă că, chiar și cu un tren greu, au pornit absolut în tăcere și excepțional de lin.
Netezimea călătoriei și răspunsul extraordinar la accelerația vehiculelor cu abur se explică prin faptul că caracteristicile unui motor cu abur sunt calitativ diferite de cele ale unui motor cu ardere internă. Chiar și la cel mai mic RPM, cuplul său este de cel puțin 3 până la 5 ori mai mare decât cel al unui ICE cu putere comparabilă la RPM optim. Cuplul mare oferă o dinamică excelentă de accelerare a mașinii cu abur. În cazul motoarelor cu ardere internă cu carburator cu o capacitate de 50 litri. Cu. asigură accelerarea mașinii la o viteză de 100 km/h în aproximativ 20 de secunde, apoi motorul cu abur are nevoie de jumătate din timp pentru aceasta.
De asemenea, este important ca în timpul accelerației să nu fie necesară schimbarea vitezelor, cuplul mare al motorului cu abur este menținut pe toată gama de rotații - de la zero la maxim. Cutiile de viteze pur și simplu nu sunt necesare aici. Amintiți-vă: aceleași locomotive nu le-au avut niciodată. Avantajul unui motor cu abur este un număr relativ scăzut de rotații, care, la rândul său, duce la o durabilitate crescută. Chiar și cu un raport de transmisie de la roți la motor egal cu unu, rotațiile nu vor depăși 2000 - 3000 pe minut la o viteză a echipajului de până la 200 km / h (!), Iar intervalul obișnuit de revoluție ICE este de 3000 - 6000 rpm.
Dar, în ciuda numărului redus de rotații, indicatorii de putere specifici unui motor cu abur sunt superiori celor ale unui motor cu ardere internă. De exemplu, pentru a obține o putere specifică de 400 - 600 de litri de la un motor cu abur. s. / l (la 2500 - 3000 rpm) nu este deloc dificil. Soarta motoarelor convenționale cu ardere internă este de numai 50 - 100 de litri. s./l și numai motoarele individuale cu mecanismul lui S. Balandin au indicatori similari.
Și, în sfârșit, fiabilitatea motoarelor cu abur nu este în niciun caz ultimul loc printre avantajele lor. Tsche și acum puteți găsi locomotive cu abur funcționale construite la începutul secolului pe margini. Și motoarele lor cu abur sunt în stare perfectă de funcționare. Motivele pentru aceasta sunt numărul scăzut de rotații, constanța regimului de temperatură (temperatura aburului), nivelul scăzut al temperaturilor maxime - de 5-6 ori mai puțin decât în ​​motorul cu ardere internă, absența completă a unor astfel de procese neplăcute precum carbonul. formarea și cocsificarea și puritatea absolută a agentului de lucru, care circulă într-un circuit închis (purificarea completă a aerului nu poate fi efectuată în motorul cu ardere internă).
Desigur, apare întrebarea, ce motive împiedică motorul cu abur să-și ia din nou locul cuvenit printre motoarele moderne?
În primul rând, aceasta este o eficiență scăzută și, ca urmare, a crescut consumul de combustibil de 1,5 - 3 ori. Eficiența motoarelor cu abur alternativ poate fi crescută doar la 28%, în timp ce pentru mostrele construite este semnificativ mai mică. La urma urmei, eficiența locomotivelor cu abur, pe care motorul cu abur a existat cel mai mult, era deja sinonimă cu randamentul scăzut: abia ajungea la 10% pentru cele mai bune modele cu recondensare parțială a aburului. Adevărat, ciclul motoarelor cu abur era deschis. Utilizarea ciclurilor închise cu schimbătoare de căldură regenerative eficiente va depăși semnificativ pragul de 10%. Și într-unul dintre mesajele de pe „noul” motor cu abur, s-a indicat că randamentul generatorului de abur (cazanul) era de 90%. Aproximativ aceeași valoare caracterizează eficiența procesului de ardere a ICE. Dar chiar și cu un consum mai mare de combustibil, costurile de operare ale unei mașini cu abur pot fi apropiate de concurentul său pe benzină, deoarece cel mai ieftin combustibil poate fi ars.
Al doilea motiv este costul ridicat al centralei electrice. Al treilea motiv este greutatea mare a pa-
1 Turbinele cu abur cu circuit închis ating o eficiență de 29%.
mașină de rând. Cu toate acestea, din cele de mai sus rezultă deja că greutatea totală a echipajelor comparate va fi aproape aceeași. Astfel, în prezent nu există motive serioase care să împiedice motorul cu abur să-și ia din nou locul cuvenit într-o serie de motoare neobișnuite.

Motoare cu ardere internă cu piston rotativ
În această secțiune, vorbim despre motoare, cărora autorii numeroaselor publicații le promit uneori un viitor strălucit. Și, desigur, pe primul loc este motorul Wankel.
Dar sunt perspectivele sale atât de roz? Economiștii din toate țările sunt unanimi în opinia că doar cel puțin 25% din avantajele în ceea ce privește principalii indicatori oferă „noua tehnologie” dreptul de a o înlocui necondiționat pe cea „veche”.
Au trecut mai bine de 15 ani de la apariția primului design industrial al motorului Wankel. Termenul este semnificativ. Și se dovedește că beneficiile „Wankel” în greutate sunt de doar 12 - 15%; nu există avantaje de cost și durabilitate și doar volumul ocupat de motor sub capota mașinii este redus cu 30%. În același timp, dimensiunea mașinilor practic nu este redusă.
Realitatea infirmă și afirmațiile încă existente despre „micul detaliu” al acestui motor. Unul dintre rotoarele sale are 42 - 58 de elemente de etanșare, în timp ce un motor cu ardere internă comparabilă are aproximativ 25, inclusiv supape.
Lucrurile stau și mai rău cu motoarele cu mai multe rotoare. Acestea necesită carteri complexe, un sistem de răcire costisitor și o unitate cu mai multe piese. Deja doar un „wankel” cu două rotoare conține șase piese turnate volumetrice de configurație complexă și un motor cu piston echivalent - doar 2 - 3 mult mai simplu și mai avansat tehnologic.
Tehnologia complexă de fabricație a epitrochoizilor - profilul intern al fiecărui carter, acoperirea statoarelor și numeroase elemente de etanșare cu materiale scumpe, asamblarea complicată anulează toate avantajele potențiale ale „wankels”.
Și deși deja la motorul din 1973 a fost prezentat un motor cu patru rotoare cu o capacitate de 280 CP. Cu. (volum 6,8 l; 6300 rpm), domeniul de aplicare al „wankel” va rămâne modele cu unul cu doi rotori. Modelul cu patru rotoare a fost construit de General Motors (SUA) pentru modelul sport Chevrolet Corvette, a cărui producție este planificată să înceapă în serie mică din 1976. În stoc la. compania are și o probă cu două rotoare (4,4 l; 180 CP la 6000 rpm). Cu toate acestea, aceste motoare vor fi instalate doar la cererea cumpărătorului. În 1974, a început producția la scară mică a versiunii franceze a motorului cu două rotoare (1,2 l; 107 CP) pentru modelul sport Citroen-Birotor.
Trebuie remarcat faptul că aceste practic singurele mostre din lume au fost produse de companii care au investit masiv în achiziționarea de licențe și dezvoltarea tehnologiei de proiectare și producție. Costurile, desigur, necesită o revenire, dar lansarea modelelor urmărește cel mai probabil obiective prestigioase. Potrivit experților, orice motoare rotativă poate deveni competitivă numai dacă costul și consumul de combustibil sunt reduse semnificativ (!). Și aici, la „Wankel”, lucrurile nu sunt tocmai bune.
Dar chiar dacă aceste cerințe sunt îndeplinite, pentru producția în masă de motoare rotative, de exemplu, industria americană va avea nevoie de cel puțin 12 ani. Datele de prognoză privind perspectivele pentru alte tipuri de motoare indică faptul că această tranziție nu va fi realizată. , din aceste motive, astfel de giganți auto, cum Ford și Chrysler, după ce au cheltuit fonduri considerabile pentru dezvoltarea lui Wankel, au restrâns complet acest subiect.
În ultimii ani, au apărut multe rapoarte interesante în presă despre un motor rotativ dezvoltat în Australia de către inventatorul Ralph Sarich. Jurnaliştii, şi, probabil, nu fără ajutorul autorului, au reuşit să întunece rapoartele atât de mult, comparând motorul „cu turbine, şi cu Wankel, şi cu alte motoare, încât este pur şi simplu necesar să ne oprim asupra designului său.
Motorul se bazează pe principiul de funcționare al unei pompe cu lobi, ale cărei plăci delimitează camere cu volum variabil. Probele de motor construite au șapte camere de lucru (Fig. 18, a), fiecare cu bujii și supape de admisie și evacuare (Fig. 18, b). Rotorul este realizat septoedric și efectuează oscilații excentrice sub influența arborelui cotit central. Paletele motorului sunt în formă de U (Fig. 18, c). În direcția radială, ele oscilează în canelurile carcasei, iar rotorul în raport cu paletele se mișcă simultan tangențial la cerc. Pentru a asigura mișcarea palelor și contactul strâns al marginii inferioare a lamei cu rotorul, pe lamele lor sunt instalate role, plasate într-o canelură specială a carcasei.
Vitezele medii de mișcare reciprocă a pieselor sunt relativ scăzute și, teoretic, turația motorului poate ajunge la 10 mii pe minut. Dacă comparăm acest motor cu un Wankel, atunci traseul maxim parcurs într-o singură rotație de elementul de etanșare va fi de 685, respectiv 165 mm. Sistemul de etanșare conține aproximativ 40 de părți, ceea ce este comparabil cu un Wankel.
Probele construite la 4000 rpm și o greutate de 64 kg dezvoltă 130 - 140 litri. Cu. Deplasarea motorului
3,5 litri, adică puterea de litri - la nivelul motoarelor convenționale și este de aproximativ 40 de litri. s./l. Cu forțare, această cifră poate fi aproximativ dublată.
Orez. 18. Schema motorului R. Sarich:
a - incizie transversală; b - cursa de compresie într-una din camere; c - lama motorului
Dezavantajele motorului includ un stres termic foarte mare, necesitând utilizarea unor sisteme de apă și ulei mult mai puternice. În timpul testelor, s-a dovedit că cea mai încărcată și slabă unitate sunt rolele plăcilor. Prin urmare, este puțin probabil ca performanța motorului să fie îmbunătățită semnificativ în viitorul apropiat.
În general, schema motorului nu poate fi recunoscută ca fiind originală, deoarece au fost brevetate foarte multe similare cu aceasta, care diferă doar în detalii minore. Prin urmare, principalul merit al lui R. Sarich este că și-a asumat munca de reglare fină și a obținut anumite rezultate. Motorul său nu va face nicio revoluție și, poate, cel mai important lucru din opera lui R. Sarich este doar că a atras atenția comunității inginerilor asupra schemelor construite pe principiul mașinilor cu lobi rotativi.
În țara noastră există pasionați ai acestei scheme. Deci, un locuitor al satului Sary-Ozek din regiunea Taldy-Kurgan, G. I. Dyakov, a construit chiar și un prototip al unui astfel de motor cu un rotor rotativ, adică conform unei scheme în care condițiile de funcționare ale plăcilor sunt mai proaste. Motorul nu a fost încă testat.
Motoare sferoidale. În 1971, un articol despre motorul sferoidal al inventatorului Voronezh a apărut în Jurnalul „Inventor și raționalizator”
Orez. 19. Schema transformării balamalei lui Hooke într-un motor sferoidal:
1 - cruce; 2 - diafragma; 3 - furculițe; 4 - segmente; 5 - înveliș sferic
G. A. Sokolova. Motorul se bazează pe capacitatea articulației lui Hooke de a se transforma într-un mecanism care are patru cavități, al căror volum se modifică de la minim la maxim în timpul rotației. Într-una sau două cavități, poate fi organizat un ciclu de motor cu ardere internă. Un exemplu de transformare este prezentat în fig. 19. Dacă traversa 1 a balamalei este transformată într-o diafragmă rotundă 2 cu o suprafață exterioară sferică, iar furcile 3 ale balamalei sunt înlocuite cu segmente plate 4 și aceste trei elemente sunt plasate într-o carcasă sferică 5, atunci un mecanism capabil să îndeplinească funcţiile unui motor se va obţine. Pentru a face acest lucru, în locurile adecvate ale carcasei sferice, este necesar doar să faceți ferestre de intrare și ieșire și ... SHDD este gata.
După un articol despre acest motor neobișnuit, au venit peste 300 de scrisori. Pro și contra au fost exprimate de profesori, studenți, ingineri, directori de întreprinderi, pensionari, mecanici și alții. Zece fabrici au raportat că ar putea produce motorul. O mulțime de scrisori au fost trimise de cluburi de sportivi de apă. Au existat propuneri de utilizare a SSHDD ca motor hidraulic sau pompă pentru locomotive diesel, un motor de barcă, un motor pneumatic pentru unelte de mână, un compresor și o centrală electrică pentru un stand experimental. Așadar, editorii revistei au trimis aproximativ 40 de invitații către institute, birouri de proiectare, fabrici și redacții ale revistelor cu propunerea de a se aduna la „masa rotundă”.
La ședință, secretarul executiv al redacției a atras atenția audienței asupra a două paradoxuri: faptul că VNIIGPE, opunându-se doar brevetelor eliberate în secolul trecut, a respins o cerere de invenție în principal din cauza „lipsei de utilitate”. și că comunitatea de ingineri nu știe despre existența unor astfel de motoare.
Înainte de întâlnire, mulți s-au îndoit de performanța furcilor pivotante, de posibilitatea de lubrifiere a acestora, de puterea totală mare (datorită formei nefavorabile cu fante a camerei de ardere și de umplere slabă din cauza contactului unui amestec proaspăt cu o diafragmă fierbinte) și etanşeitatea camerelor de ardere.
1 Inventatorul V. A. Kogut a propus să numească motoare de acest tip motoare cu diafragmă sferoidiană cu balamale (SSHDD).
Demonstrarea unui model de funcționare al unui motor cu o sferă de 150 mm în diametru, care, la o presiune de 14 kg/cm2 aer comprimat furnizat acestuia, a dezvoltat 4500 rpm, a mărturisit în mod convingător posibilitatea de a crea un design funcțional de acest tip. . Diametrul pivotului motorului poate fi de până la 60 mm. Cu astfel de dimensiuni, presiunile specifice pe suprafețele de contact pot fi ușor reduse la orice limită dorită. Operabilitatea etanșării cu diafragmă a probei model nu a provocat îndoieli în rândul majorității celor prezenți.
A fost introdus și un alt motor cu diametrul sferei de 102,8 mm. A fost construit de inventatorul A. G. Zabolotsky, care nu știa nimic despre opera lui G. A. Sokolov. În modul unui motor pneumatic, designul său a funcționat timp de aproximativ 40 de ore, dezvoltând până la 7000 rpm. Nu s-au găsit vibrații sau uzură crescute în acest timp. Iar golurile dintre sferă și diafragmă în acest model au fost chiar prea mici, deoarece motorul sa blocat în timpul testelor „la cald”.
În cursul discuției despre fiabilitatea etanșării SSHDD, s-a dovedit că, de exemplu, la motoarele Wankel, vitezele de alunecare ale plăcilor de etanșare sunt mult mai mari în comparație cu inelele motoarelor cu piston convenționale, iar la în același timp, aceste motoare funcționează destul de cu succes. În SSHDD, vitezele de alunecare pot fi și mai mici. Deci, pentru o industrie modernă capabilă să creeze motoare de orice design, problema fiabilității etanșării nu este cel mai probabil o problemă. Fiabilitatea sigiliului va depinde în mare măsură de precizia prelucrării suprafeței interioare a carcasei sferice. Experiența lui A. G. Zabolotsky, care a construit motorul în atelierul fermei de fructe și legume Verkhnedonsky, care are doar un strung, sugerează că precizia necesară în prelucrarea unei sfere poate fi obținută chiar și în condiții semi-artizanale. Ușurința procesării sferei a fost confirmată și de fabricarea unui alt motor sferoidal la fabrica de mașini-unelte Srednevolzhsky. Acolo, muncitorii au folosit o mașină de șlefuit interioară cu masă rotativă.
Unghiul dintre axele balamalei la motoarele sferoidale ajunge la 35 - 45°. În acest caz, inegalitatea vitezelor unghiulare ar fi trebuit să ducă la apariția unor momente de inerție mari alternante de semne și, în consecință, la o vibrație uriașă. Rularea în prototipuri în aer comprimat nu a scos la iveală vibrații periculoase. Chiar și șuruburile M3 au rezistat sarcinilor, care au fost folosite pentru a strânge emisferele din motorul lui G. A. Sokolov. V. I. Kuzmin, care locuiește în Kherson, nu consideră periculoase unghiurile mari, a cărui activitate profesională este asociată cu balamalele lui Hooke de 15 ani. „Sunt de acord cu designul motorului lui Sokolov”, a telegrafat el către „masa rotundă”.
Absența vibrațiilor în SShDD cu un unghi mare între axe (la unghiuri mai mari de 10 °, articulațiile lui Hooke nu sunt de obicei utilizate) poate fi explicată prin efectul de amortizare al mediului de lucru. Și deoarece sarcina este aplicată doar pe o parte a balamalei, rotația neuniformă a arborelui fără sarcină nu duce la apariția unor momente de inerție semnificative.
Cei adunați la „masa rotundă” au ajuns la concluzia că avantajele și dezavantajele SSHDD nu pot fi dezvăluite decât prin verificare experimentală. Același gând este cuprins într-o scrisoare a profesorului Departamentului de Avioane Interne a Universității Tehnice de Stat din Moscova, numită după V.I. Bauman A. S. Orlin. El i-a urat autorului „cea mai rapidă implementare a ideilor sale în metal și teste”, deoarece numai testele „vor permite să rezolve toate problemele controversate”. Testele, și cu atât mai mult construcția motoarelor prototip, este departe de a fi o chestiune simplă: doar reglarea fină a unui motor convențional, chiar și în condiții de fabrică, durează 4 până la 5 ani.
La masa rotundă a fost prezentată o selecție de brevete privind motoarele sferoidale. Deși literatura științifică și tehnică nu conține informații despre acestea, arhivele de brevete indică faptul că G. A. Sokolov și A. G. Zobolotsky nu au fost primii care au observat capacitatea remarcabilă a balamalei Hooke de a se transforma într-un motor sau pompă. Primul brevet similar în engleză datează din 1879, ultimul - deja la vremea noastră. Această schemă nu este ocolită de atenția în tabelul de clasificare a tuturor schemelor imaginabile ale motoarelor cu piston rotativ, care este dată în cartea lui Wankel despre motoarele rotative.
Astfel, motoarele sferoidale bazate pe articulația Hooke au avut pur și simplu ghinion.
Nu a existat o persoană în istoria construcției motoarelor care să se ocupe de munca de reglare fină a acestora.
G. Sokolov (Institutul Politehnic Voronej) și o serie de alți entuziaști se pregătesc în prezent pentru această lucrare în detaliu. Sokolov a precizat fazele de distribuție a gazelor, emisferele au fost turnate dintr-un aliaj special anti-fricțiune (aliaj Baklan), au fost efectuate numeroase calcule, care nu au evidențiat sarcini inacceptabile.
Al doilea centru pentru construcția SSHDD a fost Kherson „Teoreticianul Cardanilor”, așa cum l-au numit la întâlnirea de la „masa rotundă”, Viktor Ivanovich Kuzmin a devenit atât de interesat de această schemă neobișnuită, încât a preluat construcția. A atras la muncă un grup de muncitori, studenți, absolvenți. Motorul este din metal, iar acum este până la testare.
În 1974, a devenit cunoscut despre un alt motor sferoidal. Tânăr care locuiește în Tselinograd
Orez. 20. Motor V. A. Kogut. Volum de lucru 1600 cm®; diametrul sferei 210 mm; viteza 2500 rpm; putere 65 l. Cu.; greutate 45 - 65 kg; înclinare axului 30s:
1 - diafragma; 2 și 3 - segmente; 4 și 5 - inele de etanșare; € « plăci de etanșare; 7 - degete; 8 - bucșe la distanță; 9 - volanta; 10 - conductă de ocolire; 11 - tije de îndepărtare a căldurii
Valery Alvianovich Kogut, un proiectant de mașini agricole, a luat în considerare de multă vreme ideea unui astfel de motor și, după ce a aflat despre munca lui Sokolov, a construit un model de lucru (Fig. 20). Motorul a fost realizat fara sistem de racire si, la reglaj fin, a functionat cateva minute pana in momentul supraincalzirii in total, mai mult de 2 ore.De remarcat ca o astfel de durata de functionare este un fel de record. Motoarele sferoidale ale altor autori au funcționat mai puțin continuu.
Motorul este format dintr-o diafragmă 1 și două segmente 2, 3 conectate pivotant la diafragmă. Arborele segmentului se rotesc în ansamblurile de rulmenți. Etanșarea segmentelor și a diafragmei se realizează prin inelele 4, 5, etanșarea dintre segmente și diafragmă se realizează prin plăci cu arc 6. În corpul diafragmei sunt plasate patru degete 7, la care segmente. 2, 3 sunt înșurubate cu ajutorul distanțierilor 8 (vezi secțiunea 1-1).
Ciclul motorului este în doi timpi. În jumătatea stângă a sferei (din partea laterală a volantului 9), amestecul care vine de la carburatorul mașinii este precomprimat. Prin conducta de ocolire 10, amestecul este îndreptat către jumătatea dreaptă a sferei. În poziția prezentată în figură, purjarea are loc în partea superioară, iar cursa de lucru începe în partea inferioară.
Ungerea și răcirea segmentului drept 3 și a diafragmei / trebuie efectuate cu ulei furnizat prin ansamblul rulmentului drept. În plus, mai multe tije de îndepărtare a căldurii încărcate cu arc 11 sunt în contact cu suprafața de capăt a segmentului drept, prin care fluxul de căldură „curge” către carcasa cu aripioare a ansamblului de rulmenți. Pe partea stângă, diafragma este răcită cu amestec de lucru proaspăt.
Testele motorului V. Kogut, în timpul cărora multe dintre componentele sale au fost modernizate, dovedesc performanța fundamentală a acestei scheme. Din punct de vedere structural și tehnologic, SSHDD este mult mai simplu decât motorul Wankel. Avantajele reale vor deveni clare în viitorul apropiat după testarea motoarelor Sokolov, Kuzmin, Kogut.
1 Amplasarea orificiilor de purjare și evacuare în fig. 20 este prezentat condiționat.
La „masa rotundă” a revistei Inventor and Rationalizer, inventatorul Kuibyshev V. I. Andreev a raportat despre un motor sferoidal *, în dezvoltarea desenelor de lucru a două versiuni ale cărora, precum și în calculele și fabricarea pieselor turnate, VAZ au participat angajati. Particularitatea motorului (Fig. 21) este că este format din două rotoare, exterior / și interior 3, care se rotesc în aceeași direcție. Axele rotoarelor sunt înclinate, conjugarea lor se realizează pe o sferă. În centrul sferei se află o diafragmă - piston 2, care împarte volumul de lucru în patru camere de ardere independente.
Rotiți rotoarele mental cel puțin o rotație, iar volumul din apropierea lumânării de sus va crește la un maxim, ceea ce poate corespunde unei curse de putere sau ocolire (ciclu al motorului în doi timpi), și apoi din nou va fi redus la minim, adică. va avea loc evacuarea sau compresia. Precomprimarea aerului se realizează cu o suflantă centrifugă 4.
Din compresor, aerul curge în carburator și apoi prin arborele tubular 6 în camera de ardere. Evacuarea are loc prin ferestrele 7 din rotorul exterior, iar energia gazelor de eșapament este realizată pe turbina 5. Rotorul exterior se rotește într-o volută cu două cornuri 8. Prin urmare, paletele îndeplinesc alternativ funcțiile de supraalimentare și de turbină. . Evacuarea are loc într-un claxon (nu este prezentat în figură), celălalt este folosit pentru compresor. Din acest motiv, turația de ralanti a motorului este relativ mare - cel puțin 1500 rpm.
Cu un ciclu de lucru în doi timpi, aceleași procese au loc simultan în camere diametral opuse. Pe fig. 21 arată momentul în care începe cursa de lucru în camerele / și ///, iar purjarea are loc în camerele // și IV (linii continue de săgeți - amestec de lucru, linii punctate - produse de ardere).
Dacă vă uitați la motorul din dreapta, atunci când rotorul se rotește în sens invers acelor de ceasornic în camerele / și ///, va avea loc o expansiune (cursa de lucru) de 110 ° de-a lungul unghiului de rotație, apoi geamurile de evacuare se vor deschide și după alta 8 ° - ferestre de intrare. După rotirea cu 180°, volumul / și III al camerelor va fi egal cu volumul din poziția inițială a camerelor II și IV, care corespunde cu mijlocul epurării. La un unghi de rotație de 240 °, geamurile de evacuare se vor închide, iar după încă 8 ° - geamurile de admisie. Din acest moment va începe cursa de compresie (ciclu asimetric). În timpul ciclului de lucru, aripioarele rotorului exterior sunt spălate cu aer curat (săgeți din puncte), care răcește rotorul, iar apoi acest aer este utilizat pentru presurizare. Când sunt epuizate, aripioarele funcționează ca palele turbinei.
Puterea estimată a motorului - 45 litri. Cu. La prima cunoaștere cu el, dimensiunea disproporționat de mare a carburatorului este izbitoare. Dar se dovedește că carburatorul este chiar mai mic decât cele convenționale pentru motociclete, iar motorul în sine este mic. Sunteți și mai surprins când aflați că desenele de lucru ale tuturor detaliilor, fără excepție, încap într-un folder subțire. Ea vorbește în mod convingător despre simplitatea designului, numărul minim de piese. Și după ce s-a familiarizat cu caracteristicile comparative, confirmate de numeroase
calcule calculate - este pur și simplu imposibil să nu credeți în viitorul acestui design. Judecă singur.
Ambele rotoare se rotesc în aceeași direcție. Astfel, viteza de mișcare reciprocă a pieselor este redusă drastic, iar inelele convenționale își vor îndeplini perfect funcțiile.
Din cauza vitezei mari de etanșare, Wankel a trebuit să scadă turația motorului de la 10.000 la 12.000 rpm la 6.000 rpm obișnuite. Autorii motorului sferoidal nici nu au avut nevoie să urmărească viteze mari. Deja la 4 - 5 mii rpm, motorul lor depășește wankelul. Este suficient să spunem că acest motor are o capacitate de litri mai mare - 97 CP. s. / l la 4000 rpm, cuplu de 2 - 3 ori mai mare (25 kgm!), Și greutate specifică - 0,5 kg / l. Cu. concurează cu motoarele de aeronave. Și toate acestea se aplică prototipului! Datorita faptului ca rotoarele sunt simetrice fata de axele de rotatie, motorul este perfect echilibrat. La aceasta contribuie și fluxul proceselor identice în camere diametral opuse. Neuniformitatea calculată a funcționării motorului este de 2 ° 16 ", ceea ce este mult mai mică decât cea a motorului cu ardere internă "wankel" sau piston. În plus, simetria proceselor determină funcționarea diafragmei, deoarece erau, în stare suspendată, reducând brusc sarcina asupra perechilor de frecare.
Dacă comparăm sarcina pe degetele diafragmei cu sarcina pe bolțul pistonului și sarcina "pe rulmenții rotorului exterior cu sarcina pe butoanele unui motor convențional cu ardere internă de aceeași putere, atunci acestea vor fi de 2 ori. mai puțin Forța asupra rulmenților rotorului interior este, de asemenea, redusă la jumătate într-un motor sferoidal (comparația a fost făcută cu jurnalul principal al unui piston cu doi cilindri ICE).
Reducerea numărului de perechi de frecare și magnitudinea scăzută a sarcinilor conduc la o eficiență mecanică fără precedent. Potrivit calculelor, poate ajunge la 92%! Nici un singur motor, cu excepția motoarelor cu mecanism S. Balandin, nu are o eficiență chiar apropiată de această valoare.
Motorul lui V.I. Andreev este, de asemenea, interesant prin faptul că paletele de pe rotorul exterior îndeplinesc funcțiile unui compresor de supraalimentare și a unui ventilator de răcire, precum și a unui amortizor de zgomot (modificarea vitezei și a volumului gazelor) și a unei turbine. La motoarele convenționale, între 5 și 15% din putere este irosită în toba de eșapament. Aici, cel puțin 5% din turbină se întoarce înapoi. Ideea de a folosi gazele de eșapament nu este nouă. Dar implementarea sa este complicată: se adaugă o turbină, un compresor, conducte de gaz (Fig. 22). În motorul lui V. I. Andreev și L. Ya. Usharenko, acest lucru nu necesită niciun detaliu suplimentar.
Funcționarea turbinei a fost deja testată în circumstanțe oarecum neobișnuite. Pentru funcționarea la rece cu ajutorul unui motor electric, motorul a fost instalat pe un stand în magazinul de scule al Uzinei de mașini-unelte Srednevolzhsky, unde au fost fabricate și asamblate piesele sale. Rotația a durat 6 ore, fără vibrații, fără încălzire a motorului, fără zgârieturi ale elementelor de frecare, funcționarea nu a dezvăluit.
Cu toate acestea, în timpul testelor „fierbinte”, s-a întâmplat un incident. Un snop de flacără a scăpat din conducta de refulare a turbinei ca din duza unui avion cu reacție, iar motorul nu a dat puterea așteptată. Când a fost demontat, camerele de ardere erau absolut curate. Motivul este că capetele lumânărilor sunt situate prea aproape de corp și scânteia a sărit, dar nu unde ar trebui să fie. Astfel că primele teste au confirmat indirect doar performanța turbinei. Reconstrucția sistemului de aprindere și toate problemele de reglare fină au fost întreprinse de mecanicul V. A. Artemiev.

Dezvoltarea motoarelor pentru următoarele decenii este o problemă complexă și cu mai multe fațete. Este imposibil să-l acoperiți complet în limitele unei mici broșuri. Ar fi necesar să vorbim despre încercări de îmbunătățire a procesului de lucru al motoarelor convenționale cu ardere internă, despre modalități de neutralizare a gazelor de eșapament, despre asigurarea unei rezistențe egale a componentelor motorului, eliminarea necesității de întreținere și adaptarea designului la diagnosticare. Fiecare dintre aceste probleme merită o poveste detaliată separată.
Scopul acestei broșuri este de a ajuta cititorul să navigheze în fluxul de informații cu privire la problema ridicată și să-i atragă atenția asupra proiectelor inventatorilor, care cu siguranță le vor lua locul în familia primilor ajutoare ai omului - motoare.

|||||||||||||||||||||||||||||||||
Recunoașterea textului cărților din imagini (OCR) - studioul de creație BK-MTGC.

Nu contează pentru ce au fost făcute acestea, în încercarea de a crea cel mai economic motor, sau invers, cel mai puternic. Un alt fapt este important - aceste motoare au fost create și există în copii reale de lucru. Ne bucurăm de acest lucru și invităm cititorii noștri să arunce o privire cu noi la cele mai nebunești 10 motoare auto pe care am reușit să le găsim.

Pentru a compila lista noastră cu 10 motoare nebunești de mașini, am urmat câteva reguli: doar centralele electrice ale mașinilor produse în masă au intrat în el; fără motoare de curse sau modele experimentale, pentru că sunt neobișnuite, prin definiție. De asemenea, nu am folosit motoare din categoria „foarte-mai”, cea mai mare sau cea mai puternică, exclusivitatea a fost calculată după alte criterii. Scopul imediat al acestui articol este de a evidenția designul neobișnuit, uneori nebunesc, al motorului.

Domnilor, porniți-vă motoarele!

8,0 litri, peste 1000 CP W-16 este cel mai puternic și mai greu de fabricat motor din istorie. Are 64 de supape, patru turbocompresoare și un cuplu suficient pentru a schimba direcția de rotație a Pământului - 1.500 Nm la 3.000 rpm. Combo sa în formă de W, cu 16 cilindri, în esență cu mai multe motoare, nu a mai existat niciodată înainte și nici un alt model decât noua mașină. Apropo, acest motor este garantat să funcționeze toată durata de viață fără defecțiuni, asigură producătorul.

Bugatti Veyron W-16 (2005-2015)

Bugatti Veyron este singura mașină de până acum care a văzut monstrul în formă de W în acțiune. Bugatti deschide lista (poza este 2011 16.4 Super Sport).

La începutul secolului trecut, inginerul auto Charles Knight Yale a avut o epifanie. Supapele tradiționale cu clapetă, a argumentat el, erau prea complicate, arcurile de retur și tijele de împingere prea ineficiente. Și-a creat propriul tip de supape. Soluția sa a fost denumită „supapă cu bobină” - un manșon de alunecare condus de arbore în jurul pistonului care deschide porturile de admisie și evacuare din peretele cilindrului.

Supapă cu mânecă Knight (1903-1933)

În mod surprinzător, a funcționat. Motoarele cu supape cu bobină au oferit o cilindree mare, zgomot redus și niciun risc de blocare a supapelor. Au existat puține dezavantaje, acestea includ un consum crescut de ulei. Knight și-a brevetat ideea în 1908. Ulterior, a început să fie folosit de toate mărcile, de la Mercedes-Benz la mașini Panhard și Peugeot. Tehnologia a devenit un lucru din trecut, atunci când supapele clasice erau mai capabile să facă față la temperaturi ridicate și la turații mari. (1913-Cavalerul 16/45).

Imaginează-ți, în anii 1950, că ești un producător de automobile care încearcă să dezvolte un nou model de mașină. Un tip german pe nume Felix vine în biroul tău și încearcă să-ți vândă ideea unui piston triunghiular care se rotește într-o cutie ovală (cilindru cu profil special) pentru a se potrivi pe viitorul tău model. Ai fost de acord cu asta? Probabil da! Funcționarea acestui tip de motor este atât de fascinantă, încât este dificil să te desprinzi de la contemplarea acestui proces.

Un minus integral din tot ceea ce este neobișnuit este complexitatea. În acest caz, principala dificultate a fost că motorul trebuie să fie incredibil de echilibrat, cu piese montate precis.

Mazda/NSU Wankel Rotary (1958-2014)

Rotorul în sine este triunghiular cu margini convexe, trei dintre colțurile sale sunt vârfuri. Pe măsură ce rotorul se rotește în interiorul carcasei, creează trei camere care sunt responsabile pentru cele patru faze ale ciclului: admisie, compresie, cursă de putere și evacuare. Fiecare parte a rotorului, când motorul este pornit, realizează una dintre etapele ciclului. Nu e de mirare că tipul de motor cu piston rotativ este unul dintre cele mai eficiente motoare cu ardere internă din lume. Este păcat că nu a putut fi atins consumul normal de combustibil de la motoarele Wankel.

Motor neobișnuit, nu-i așa? Și știi ce este și mai ciudat? Acest motor a fost în producție până în 2012 și a fost montat pe o mașină sport! (1967-1972 Mazda Cosmo 110S).

Compania de vehicule fără cai din Connecticut Eisenhuth a fost fondată de John Eisenhuth, un bărbat din New York care pretindea că a inventat motorul pe benzină și că avea un obicei urât de a obține procese de la asociații săi de afaceri.

Modelele sale Compound din 1904-1907 s-au distins prin motoarele lor cu trei cilindri, în care cei doi cilindri exteriori erau acționați prin aprindere, cilindrul „mort” din mijloc era alimentat de gazele de eșapament ale primilor doi cilindri.

Compusul Eisenhuth (1904-1907)

Eisenhuth a promis o îmbunătățire cu 47% a eficienței combustibilului față de motoarele standard de aceeași dimensiune. Ideea umană a căzut în disgrație la începutul secolului al XX-lea. Nimeni nu s-a gândit atunci să salveze. Rezultatul este falimentul în 1907. (foto 1906 Eisenhuth Compound Model 7.5)

Lasă francezilor ocazia de a dezvolta motoare interesante care arată obișnuit la prima vedere. Cunoscutul producător din Gali Panhard, amintit mai ales pentru tija cu reacție Panhard, a instalat o serie de motoare boxer răcite cu aer cu blocuri de aluminiu în mașinile sale de după război.

Panhard Flat-Twin (1947-1967)

Volumul a variat de la 610 la 850 cm3. Puterea de ieșire era între 42 CP. si 60 CP, in functie de model. Cea mai bună parte a mașinilor? Geamănul Panhard a câștigat vreodată 24 de ore de la Le Mans. (foto 1954 Panhard Dyna Z).

Un nume ciudat, sigur, dar motorul este și mai ciudat. Commer TS3 de 3,3 litri era un motor diesel supraalimentat, cu piston plat, în trei cilindri, în doi timpi. Fiecare cilindru are două pistoane față în față, cu o lumânare centrală situată într-un singur cilindru. Nu avea chiulasa. A fost folosit un singur arbore cotit (majoritatea motoarelor boxer au două).

Commer/Rootes TS3 "Commer Knocler" (1954-1968)

Rootes Group a creat acest motor pentru marca sa de camioane și autobuze Commer. (Autobuzul Commer TS3)

Lanchester Twin-Crank Twin (1900-1904)

Rezultatul a fost 10,5 CP. la 1.250 rpm și fără vibrații vizibile. Dacă v-ați întrebat vreodată, aruncați o privire la motorul acestei mașini. (1901 Lanchester).

La fel ca Veyron, ediția limitată Cizeta (n. Cizeta-Moroder) supermașină V16T este definită de motorul său. V16 de 6,0 litri de 560 de cai putere din pântecele lui Cizeta a fost unul dintre cele mai populare motoare ale vremii sale. Intriga era că motorul Cizeta, de fapt, nu era un adevărat V16. De fapt, erau două motoare V8 combinate într-unul singur. Pentru două V8, s-au folosit un singur bloc și o sincronizare centrală. Ceea ce nu o face mai nebună este locația. Motorul este montat transversal, arborele central furnizează putere roților din spate.

Cizeta-Moroder/Cizeta V16T (1991-1995)

Supercarul a fost produs din 1991 până în 1995, această mașină avea un asamblare manuală. Inițial s-a planificat să se producă 40 de supermașini pe an, apoi această bară a fost coborâtă la 10, dar în final, în aproape 5 ani de producție, au fost produse doar 20 de mașini. (Foto 1991 Cizeta-16T Moroder)

Motoarele Commer Knocker au fost de fapt inspirate de familia acestor motoare franceze cu pistoane opuse, care au fost produse în doi, patru, șase cilindri până la începutul anilor 1920. Iată cum funcționează în versiunea cu doi cilindri: două rânduri de pistoane opuse unul altuia în cilindri comuni, astfel încât pistoanele fiecărui cilindru să se deplaseze unul spre celălalt și să formeze o cameră de ardere comună. Arborii cotiți sunt sincronizați mecanic, iar arborele de evacuare se rotește înaintea arborelui de admisie cu 15-22 °, puterea este preluată de la unul sau de la ambele.

Piston opus Gobron-Brillié (1898-1922)

Motoarele de serie au fost produse în gama de la „două” de 2,3 litri la șase de 11,4 litri. A existat și o versiune de curse monstruoasă a motorului cu patru cilindri de 13,5 litri. Într-o mașină cu un astfel de motor, pilotul Louis Rigoli a atins pentru prima dată o viteză de 160 km/h în 1904 (1900 Nagant-Gobron)

Adams-Farwell (1904-1913)

Dacă ideea unui motor care se rotește în spate nu te deranjează, atunci vehiculele Adams-Farwell sunt perfecte pentru tine. Adevărat, nu toți s-au rotit, doar cilindrii și pistoanele, deoarece arborii cotiți de pe aceste motoare cu trei și cinci cilindri erau statice. Aranjați radial, cilindrii au fost răciți cu aer și au acționat ca un volant odată ce motorul a fost pornit și a început să funcționeze. Motoarele erau ușoare pentru vremea lor, 86 kg cântăreau 4,3 litri motor cu trei cilindri și 120 kg - 8,0 litri motor. Video.

Adams-Farwell (1904-1913)

Mașinile în sine erau cu motor din spate, cu habitaclu în fața motorului greu, aspectul ideal pentru a obține daune maxime de la ocupanți într-un accident. În zorii industriei auto, nu s-au gândit materiale de înaltă calitate și construcție fiabilă; în primele vagoane autopropulsate, lemnul, cuprul și, ocazional, metalul, de nu cea mai bună calitate, erau folosite în mod vechi. Probabil că nu a fost foarte confortabil să simți munca unui motor de 120 kg care se învârte până la 1.000 rpm în spatele tău. Cu toate acestea, mașina a fost produsă timp de 9 ani. (Foto 1906 Adams-Farwell 6A Convertible Runabout).

Treizeci de cilindri, cinci blocuri, cinci carburatoare, 20,5 litri. Acest motor din Detroit a fost dezvoltat special pentru război. Chrysler a construit A57 ca o modalitate de a onora o comandă pentru un motor de tanc pentru al Doilea Război Mondial. Inginerii au fost nevoiți să lucreze în grabă, valorificând cât mai mult posibil componentele disponibile.

PRIMĂ. Motoare incredibile care nu sunt de producție: Chrysler A57 Multibank

Motorul era alcătuit din cinci cilindree de 251 cmc din mașini de pasageri dispuse radial în jurul unui arbore central de ieșire. Puterea sa dovedit a fi 425 CP. folosit în tancurile M3A4 Lee și M4A4 Sherman.

Al doilea bonus este singurul motor de curse inclus în recenzie. Motor de 3,0 litri folosit de BRM (British Racing Motors), motor H-16 cu 32 de supape, care combină în esență două opturi plate (Motor în formă de H - un motor a cărui configurație a blocului de cilindri este litera „H” într-un aranjament vertical sau orizontal. Un motor în formă de H poate fi considerat ca două motoare opuse, situate unul peste celălalt sau unul lângă altele, fiecare dintre ele având propriile arbori cotit). Puterea motorului sport de la sfârșitul anilor 60 a fost mai mult decât mare, mai mult de 400 CP, dar H-16 a fost serios inferior altor modificări în ceea ce privește greutatea și fiabilitatea. am văzut podiumul odată, la Marele Premiu al SUA, când Jim Clark a câștigat în 1966.

PRIMĂ. Motoare incredibile care nu sunt de producție: British Racing Motors H-16 (1966-1968)

Motorul cu 16 cilindri nu era singurul la care lucrau băieții de la BRM. De asemenea, au dezvoltat un V16 supraalimentat de 1,5 litri. Se rotește până la 12.000 rpm și produce aproximativ 485 CP. Probabil că ar fi mișto să instalezi un astfel de motor pe Toyota Corolla AE86, pasionații din întreaga lume s-au gândit la asta de mai multe ori.

Astăzi ne vom reaminti cu adevărat puținele configurații ale motorului - atât în ​​ceea ce privește numărul de cilindri, cât și aranjarea acestora. Și să mergem în ordine crescătoare...

motor cu un singur cilindru

Acum veți găsi motoare cu un singur cilindru numai pe mopede, motociclete de capacitate mică, ricșe auto și alte echipamente cu prefixul „moto”. Între timp, în anii 50 și 60 ai secolului trecut, cea mai mare parte a micromașinilor de după război a fost echipată cu motoare atât de simple. Luați, de exemplu, British Bond Minicar cu motor Villiers: da, să fie cu trei roți și înghesuit, dar are o capotă, un acoperiș, un volan cu drepturi depline - este prezent un set minim de facilități.

Motor cu dublu piston cu furca

Un motor similar este un mecanism în care două pistoane lucrează în paralel în doi cilindri. Dar există o singură problemă - camera de ardere pentru acești cilindri este una, comună. Astfel, se realizează o ardere mai eficientă a amestecului aer-combustibil în comparație cu motoarele convenționale cu un singur cilindru, eficiența combustibilului este îmbunătățită, iar puterea este crescută. Acest tip de motor a fost folosit în Europa de Vest înainte de război, dar după cel de-al Doilea Război Mondial a devenit mult mai puțin solicitat. Una dintre puținele mașini cu motor split a fost Iso Isetta, al cărei motor de 236 cmc dezvolta 9 cai putere.

Motor cu 2 cilindri în formă de V

Mândria Harley-Davidson, spre deosebire de motoarele cu 2 cilindri în linie sau boxer, nu a prins rădăcini în mașini - vibrațiile de la acestea sunt prea mari. Motoarele în V cu două „ghivece” se găsesc doar în diverse exotice, cum ar fi „Morgans” cu trei roți din anii 30, precum și unele mașini kei din perioada postbelică timpurie. Un exemplu este Mazda R360 cu un V2 în miniatură răcit cu aer. Mai târziu, pe baza sa au apărut vehicule comerciale B360 / B600 - de asemenea, cu „două” în formă de V.

Motor cu 4 cilindri în formă de V

Motoarele cu trei cilindri în formă de V nu se găsesc pe mașini (doar pe motociclete și chiar și atunci rareori), dar „patru” în formă de V sunt destul de bune. Adevărat, în popularitate ei pierd atât în ​​fața motoarelor în linie, cât și a celor boxer cu același număr de cilindri. Puteți întâlni această centrală neobișnuită în aceste zile, de exemplu, pe Zaporozhets, LuAZ-uri, câteva versiuni timpurii ale Ford Transit, precum și mașini sport precum Saab Sonnet sau, pentru o secundă, triumfătorul hibrid Le Mans Porsche 919.

Motor cu cinci cilindri în formă de V

Acum motoarele cu cinci cilindri în linie se confruntă cu o renaștere: acum pot fi găsite nu numai în vechiul Audi 200 / Quattro din anii 80, ci și în mai mult decât modernul Audi TT-RS. Dar mâinile inginerilor nu au ajuns încă la renașterea „cincilor” în formă de V. În anii 90, inginerii de la Volkswagen s-au gândit la această schemă neobișnuită, tăind un cilindru din motorul VR6 - în mod oficial, Volkswagen V5 este exact VR5, deoarece motorul are o singură chiulasă cu o ușoară prăbușire a acelorași cilindri. Cu o voce plăcută, V5 a fost instalat pe multe modele Volkswagen de la sfârșitul anilor 90: VW Golf, Bora, Passat și Seat Toledo.

Motor cu șase cilindri în linie în formă de V (VR6)

Apropo, VR6 este și o configurație rară. Și se găsește și numai pe mașinile concernului Volkswagen. VR6 era un V6 cu un unghi de cambra foarte mic (10,5 sau 15 grade), care avea o singură chiulasă, iar cilindrii înșiși erau aranjați în zig-zag. Acum motorul are o reputație controversată: fiind instalat în cele mai puternice Volkswagen-uri ale anilor 90 (Golf VR6, Corrado VR6 și chiar Volkswagen T4), se remarcă prin cuplu mare și un vuiet catifelat, dar în cazul unei defecțiuni pornește. pentru a devora benzină - au fost momente când consumul a crescut până la mai mult de 70 de litri la 100 de kilometri.

Motor cu 8 cilindri în linie

Înainte de al Doilea Război Mondial, „opturile” în linie erau motoarele preferate ale mărcilor premium americane (Packard, Duesenberg, Buick), dar nu erau mai puțin populare la acea vreme în Europa: tocmai cu acest motor Bugatti Type 35 a câștigat mai mult de o mie de curse în întreaga lume, tocmai cu motorul cu 8 cilindri în linie Alfa Romeo 8C originală a strălucit la Mille Miglia și la 24 de ore de la Le Mans. Cântecul de lebădă al motorului lung a fost 1955, când Juan Manuel Fangio a devenit campion pentru a doua oară la volanul unui Mercedes W196. Totuși, în același an, a avut loc și celebra tragedie de la Le Mans, când Mercedes 300 SLR al lui Pierre Levegh (tot cu un „opt” în linie) a luat viața a peste 80 de spectatori. După acest incident, Mercedes s-a retras din motorsport pentru mai bine de 30 de ani.

Motor Boxer cu 8 cilindri

Deși astfel de motoare sunt mai frecvente în aviație, la un moment dat Porsche a experimentat cu ele - Porsche 907 și 908 de curse construite în anii 60 au fost echipate cu motoare opuse cu 8 cilindri care oferă putere mare și un centru de greutate scăzut. Ca să nu spun că ideea a fost nereușită, dar compania a abandonat rapid astfel de motoare, preferându-le boxer „șase”, dar cu sistem de presurizare. La sfârșitul duratei sale de viață, 908 - ca și cel care i-a adus pe Jost și X pe locul doi la 24 de ore de la Le Mans din 1980 - era deja un cu șase cilindri.

Motor cu 8 cilindri în formă de W

Motorul W8, care a fost instalat doar pe Volkswagen Passat B5+, poate fi gândit ca două motoare V4 care sunt montate unul lângă altul la un unghi de 72 de grade unul față de celălalt. Se obțin astfel patru rânduri de cilindri, pentru care motorul a primit denumirea W8. Înainte de apariția lui Volkswagen Phaeton, Passat W8 era sedanul emblematic al companiei, dezvoltând 275 de cai putere și accelerând la „sute” în cele 6 secunde ale unei mașini sport.

Motor Boxer cu 10 cilindri

Din păcate, această idee s-a dovedit a fi prea cool pentru a deveni realitate, deși GM a lucrat la un motor similar în anii 60, bazat pe boxerul cu 6 cilindri al modelului Corvair. S-a presupus că noul motor cu 10 cilindri își va lua locul în sedanurile de dimensiuni mari și pickup-urile ușoare ale General Motors, dar proiectul a fost scurtat rapid din motive necunoscute. Nici pe mașini nu existau motoare cu 10 cilindri în linie - cu excepția navelor de containere maritime grele.

Motor cu 12 cilindri în linie

În cartea sa The Illustrated Encyclopedia of the Automobiles of the World, David Bergs Wise afirmă că singura mașină de producție cu un motor în linie cu 12 cilindri a fost Corona, care a fost produsă în Franța în 1908. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că ideea nu a atras alte companii - de exemplu, se știe cu încredere că Packard a experimentat acest tip de motor. Copia de rulare a fost construită în 1929, iar Warren Packard a testat-o ​​personal timp de șase luni... până când a murit într-un accident de avion. După moartea sa, luxoasa decapotabilă a fost demontată, iar motorul unic de 150 de cai putere a fost distrus.

Motor cu 16 cilindri în formă de V

Odată cu apariția Bugatti Veyron/Chiron, motoarele cu 16 cilindri sunt prezentate în cea mai mare parte doar ca motoare W, dar nu a fost întotdeauna cazul - de-a lungul secolului trecut, 16 cilindri aproape întotdeauna s-au aliniat în două rânduri. Auto Union Type A, Cadillac V16, Cizeta V16T sunt doar câteva exemple de vehicule V16. Dar un astfel de motor ar putea apărea pe mașinile moderne Rolls-Royce - prototipul rulant al Rolls-Royce Phantom Coupe cu un V16 de 9 litri a fost prezentat în filmul „Agent Johnny English: Reloaded”.

Motor Boxer cu 16 cilindri

Evident, un astfel de motor ar putea fi creat doar cu un ochi pe motorsport. Cu toate acestea, ironia este că „oponenții” cu 16 cilindri nu au concurat niciodată: prototipul Porsche 917 cu 16 cilindri a fost trimis la raftul istoriei aproape imediat, optând pentru 12 „oale”, iar noul motor Coventry Climax, FWMW, care trebuia să echipeze formula Lotus și Brabham în anii 60, s-a dovedit a fi atât de nesigur încât i-a fost preferat V8-ul mai conservator.

Motor cu 16 cilindri în formă de H

Motorul în formă de H este un „sandwich” format din doi „boxeri”, care are un efect pozitiv asupra compactității centralei, dar negativ - asupra centrului său de greutate. În anii 60, echipa de formulă BRM s-a aventurat să construiască un motor similar... iar rezultatele au fost amestecate - motorul era puternic, dar nu deosebit de fiabil și greu de reparat. Totuși, Lotus 43 al lui Jim Clark, echipat cu un astfel de motor, a fost primul care a trecut linia de sosire la Marele Premiu al SUA din 1966. A fost primul și ultimul triumf al lui H16.

Motor cu 18 cilindri în formă de V

Când pare că nu există altundeva, în scenă intră camioane miniere și dovedesc contrariul. masina V18? Și există unele - cum ar fi, de exemplu, BelAZ 75600, echipat cu un motor diesel Cummins QSK78 de 78 de litri. O astfel de „inimă” produce 3.500 de cai putere la 1.500 rpm, iar cuplul său ajunge la 13.770 Newtoni metri. Ei bine, cum altfel să clintiți un colos încărcat care cântărește 560 de tone?

Motor cu 18 cilindri în formă de W

Acum, probabil, puțini își vor aminti că Bugatti Veyron trebuia inițial să fie un 18 cilindri - conceptul original era doar cu o astfel de centrală. Totuși, Bugatti nu a reușit să facă motorul să funcționeze corect (au fost probleme cu schimbarea vitezelor), așa că Veyron a ajuns să aibă un 16 cilindri. La un moment dat, îngrijitorul Ferrari Franco Rocci s-a gândit la motorul W18, dar nu a avansat dincolo de idee.

motor V

Centrale similare sunt folosite pe nave grele sau ca generatoare industriale diesel, dar uneori cad și în camioanele pentru minerit. Un astfel de monstru cu 20 de cilindri este Caterpillar 797F, propulsat de un motor Cat C175-20 de 4.000 de cai putere. Așa arată 106 litri de deplasare. Există, de asemenea, motoare cu mai mulți cilindri mai complexe, dar acestea sunt în mare parte instalații de tip do-it-yourself create prin conectarea mai multor motoare cu 8 sau 12 cilindri.

Motor cu 32 de cilindri în formă de X

În timp ce blocurile în formă de V converg la un unghi ascuțit la motoarele în formă de W, la motoarele în formă de X ele sunt situate la un unghi de 180 de grade. Astfel, se formează patru rânduri de pistoane și cilindri, formând litera X. Honda a intenționat cândva să construiască un astfel de motor cu 32 de cilindri pentru Formula 1, dar modificările reglementărilor și rezultatele dezamăgitoare ale testelor pe banc i-au forțat pe japonezi să abandoneze experimentul îndrăzneț. . Dar moscoviții și oaspeții capitalei vor putea vedea (și auzi) motorul în formă de X foarte curând pe piața principală a țării - la urma urmei, motorul ChTZ A-85-3A cu 12 cilindri și un în formă de X. schema este folosită la Armata.

De mai bine de 100 de ani, motoarele cu ardere internă au fost folosite în industria autoturismelor și în tot acest timp nu au fost inventate schimbări revoluționare în funcționarea sau structura lor industrială. Cu toate acestea, aceste motoare au o mulțime de dezavantaje. Inginerii au luptat întotdeauna împotriva lor, așa cum o fac până astăzi. Se întâmplă ca unele idei să devină soluții tehnice destul de originale și impresionante. Unele dintre ele rămân în stadiul de dezvoltare, în timp ce altele sunt implementate pe anumite serii de mașini.

Să vorbim despre cele mai interesante dezvoltări inginerești din domeniul „motoarelor auto”

Fapte notabile ale istoriei

Motorul clasic în patru timpi a fost inventat încă din 1876 de un inginer german pe nume Nikolaus Otto, ciclul de funcționare al unui astfel de motor cu ardere internă (ICE) este simplu: admisie, compresie, cursă de putere, evacuare. Dar la 10 ani după versiunea lui Otto, inventatorul britanic James Atkinson și-a propus îmbunătățirea acestei scheme. La prima vedere, ciclul Atkinson, ordinea ciclului și principiul de funcționare sunt aceleași cu motorul inventat de german. Cu toate acestea, de fapt este un sistem complet diferit și foarte original.

Înainte de a vorbi despre modificările în structura clasică a motorului cu ardere internă, să ne uităm la principiul de funcționare a unui astfel de motor, astfel încât toată lumea să înțeleagă despre ce vorbim.

Model 3-D al motorului cu ardere internă:

Comentarii și cea mai simplă schemă ICE:

ciclul Atkinson

În primul rând, motorul Atkinson are un arbore cotit unic cu puncte de montare decalate.

Această inovație a făcut posibilă reducerea cantității de pierderi prin frecare și creșterea nivelului de compresie a motorului.

În al doilea rând, motorul Atkinson are diferite faze de distribuție a gazului. Spre deosebire de motorul Otto, unde supapa de admisie se închide aproape de îndată ce pistonul trece pe jos, motorul inventatorului britanic are o cursă de admisie mult mai lungă, ceea ce face ca supapa să se închidă atunci când pistonul este deja la jumătatea drumului până la punctul mort superior al cilindrului. În teorie, un astfel de sistem ar fi trebuit să îmbunătățească procesul de umplere a cilindrilor, ceea ce, la rândul său, ar duce la economii de combustibil și la o creștere a puterii motorului.

În general, ciclul Atkinson este cu 10% mai eficient decât ciclul Otto. Dar, cu toate acestea, mașinile cu un astfel de motor cu ardere internă nu au fost produse în serie și nu sunt produse.

Ciclul Atkinson în practică

Și chestia este că un astfel de motor își poate asigura funcționarea normală doar la turații mari, la ralanti - tinde să se blocheze. Pentru a preveni acest lucru, dezvoltatorii și inginerii au încercat să introducă în sistem un compresor cu mecanică, dar instalarea acestuia, după cum s-a dovedit, reduce aproape la zero toate avantajele și avantajele motorului Atkinson. Având în vedere acest lucru, mașinile cu un astfel de motor practic nu au fost produse în serie. Una dintre cele mai cunoscute este Mazda Xedos 9 / Eunos 800, produsă în anii 1993-2002. Mașina era echipată cu un motor V6 de 2,3 litri, cu o putere de 210 CP.

Mazda Xedos 9/Eunos 800:

Dar producătorii de mașini hibride sunt bucuroși să folosească acest ciclu de motoare cu ardere internă în dezvoltarea lor. Pentru că la viteză mică o astfel de mașină se deplasează folosind motorul său electric, iar pentru accelerare și conducere rapidă are nevoie de una pe benzină, aici se pot realiza la maximum toate avantajele ciclului Atkinson.

Supapă cu bobină

Principala sursă de zgomot într-un motor de mașină este mecanismul de distribuție a gazului, deoarece are destul de multe părți în mișcare - diverse supape, împingătoare, arbori cu came etc. Mulți inventatori au încercat să „calmeze” un mecanism atât de greoi. Poate cel mai de succes a fost inginerul american Charles Knight. Și-a inventat propriul motor.

Nu are nici supape standard, nici actuator pentru ele. Aceste piese sunt înlocuite de bobine, sub forma a două manșoane care sunt plasate între piston și cilindru. Acționarea unică a făcut ca bobinele să se deplaseze în pozițiile superioare și inferioare, ele, la rândul lor, au deschis geamurile cilindrului la momentul potrivit, unde a intrat combustibilul și gazele de eșapament au fost eliberate în atmosferă.

Pentru începutul secolului al XX-lea, un astfel de sistem era destul de tăcut. Nu e de mirare că tot mai mulți producători auto au devenit interesați de ea.

Abia acum un astfel de motor era departe de a fi ieftin, motiv pentru care a prins rădăcini doar pe mărci prestigioase, precum Mercedes-Benz, Daimler sau Panhard Levassor, ai căror cumpărători urmăreau confortul maxim, nu ieftinitatea.

Dar epoca motorului, inventată de Knight, a fost de scurtă durată. Și deja în anii 30 ai secolului trecut, producătorii de automobile și-au dat seama că motoarele de acest tip sunt destul de impracticabile, deoarece designul lor nu este complet fiabil, iar un grad ridicat de frecare între bobine crește atât consumul de combustibil, cât și de ulei. De aceea, a fost posibil să recunoaștem o mașină cu un motor cu ardere internă de acest tip după ceața albăstruie din țeava de eșapament a mașinii de la arderea grăsimilor.

În practica mondială, au existat multe soluții posibile în domeniul modernizării motorului clasic cu ardere internă, cu toate acestea, schema sa originală a supraviețuit până în zilele noastre. Unii producători de automobile, desigur, au pus în practică descoperirile unor oameni de știință și meșteri de succes, dar, în esență, motorul cu ardere internă a rămas același.

Motorul cu abur auto și motorul cu ardere internă au aproape aceeași vârstă. Eficiența unui motor cu abur de acel design în acei ani era de aproximativ 10%. Eficiența motorului Lenoir a fost de numai 4%. Doar 22 de ani mai târziu, până în 1882, August Otto l-a îmbunătățit atât de mult încât eficiența motorului acum pe benzină a ajuns la... până la 15%

Începând cu 1801, istoria transportului cu abur a continuat activ timp de aproape 159 de ani. În 1960 (!) autobuze și camioane cu motoare cu abur încă se construiau în SUA. Motoarele cu abur s-au îmbunătățit semnificativ în această perioadă. În 1900, în SUA, 50% din flota auto era „aburită”. Deja în acei ani, a apărut concurență între abur, benzină și - atenție! - vagoane electrice. După succesul pe piață al modelului Ford Ford Model-T și, se pare, înfrângerea motorului cu abur, o nouă creștere a popularității mașinilor cu abur a venit în anii 20 ai secolului trecut: costul combustibilului pentru acestea (pacură, kerosen) a fost semnificativ mai mic decât costul benzinei.

Motorul cu abur „clasic”, care a eliberat în atmosferă abur de evacuare, are o eficiență de cel mult 8%. Cu toate acestea, un motor cu abur cu un condensator și o parte a curgerii profilate are o eficiență de până la 25-30%. Turbina cu abur oferă 30–42%. Centralele cu ciclu combinat, unde turbinele cu gaz și abur sunt folosite „în conjuncție”, au o eficiență de până la 55-65%. Această din urmă împrejurare i-a determinat pe inginerii BMW să înceapă să lucreze la opțiuni pentru utilizarea acestei scheme în mașini. Apropo, eficiența motoarelor moderne pe benzină este de 34%.

Costul de fabricație a unui motor cu abur a fost în orice moment mai mic decât costul motoarelor cu carburator și diesel de aceeași putere. Consumul de combustibil lichid la motoarele cu abur noi care funcționează în ciclu închis pe abur supraîncălzit (uscat) și dotate cu sisteme moderne de lubrifiere, rulmenți de înaltă calitate și sisteme electronice de reglare a ciclului de funcționare este de doar 40% față de cel precedent.

Motorul cu abur pornește încet. Și a fost cândva... Chiar și mașinile de producție Stanley au „crescut perechi” de la 10 la 20 de minute. Îmbunătățirea designului cazanului și introducerea unui mod de încălzire în cascadă au făcut posibilă reducerea timpului de pregătire la 40-60 de secunde.

Mașina cu abur este prea lentă. Nu este adevarat. Recordul de viteză din 1906 - 205,44 km/h - aparține unei mașini cu abur. În acei ani, mașinile cu motoare pe benzină nu știau să conducă atât de repede. În 1985, o mașină cu abur circula cu o viteză de 234,33 km/h. Și în 2009, un grup de ingineri britanici a proiectat o turbină cu abur „bolide” cu o unitate cu abur cu o capacitate de 360 ​​CP. cu., care s-a putut deplasa cu o viteză medie record în cursă - 241,7 km/h.

Este interesant faptul că cercetările moderne în domeniul combustibilului cu hidrogen pentru motoarele de automobile au dat naștere la o serie de „ramuri laterale”: hidrogenul ca combustibil pentru motoarele cu abur clasice cu piston și în special pentru motoarele cu turbină cu abur asigură un mediu absolut prietenos. „Fumul” de la un astfel de motor este... vapori de apă.

Motorul cu abur este capricios. Nu este adevarat. Este mult mai simplu din punct de vedere structural decât un motor cu ardere internă, ceea ce înseamnă în sine o mai mare fiabilitate și nepretenție. Resursa motoarelor cu abur este de multe zeci de mii de ore de funcționare continuă, ceea ce nu este tipic pentru alte tipuri de motoare. Cu toate acestea, problema nu se limitează la asta. În virtutea principiilor de funcționare, un motor cu abur nu își pierde eficiența atunci când presiunea atmosferică scade. Din acest motiv, vehiculele alimentate cu abur sunt deosebit de potrivite pentru utilizare în zonele muntoase, pe trecători dificile.

Este interesant de observat încă o proprietate utilă a unui motor cu abur, care, apropo, este similară cu un motor electric de curent continuu. O scădere a vitezei arborelui (de exemplu, cu o creștere a sarcinii) determină o creștere a cuplului. În virtutea acestei proprietăți, mașinile cu motoare cu abur nu au nevoie fundamental de cutii de viteze - ele însele sunt mecanisme foarte complexe și uneori capricioase.